Spoof Surface Plasmon Polaritons (SSPP) ja laajakaistafiltterit mikroaaltotaajuuksilla

Spoof-pinta-plasmonipolaritonit (SSPP) ovat innovatiivinen teknologia, jota hyödynnetään laajakaistafilttereiden suunnittelussa mikroaaltotaajuuksilla. SSPP-rakenteiden etuna on niiden kyky saavuttaa tehokas signaalin kuljetus laajoilla taajuusalueilla, mikä on erityisen tärkeää moderneissa taajuuskaistaintensiiveissä sovelluksissa. Tällaisia sovelluksia ovat muun muassa matkapuhelinverkot, satelliittikommunikaatio ja monet uudet langattomat järjestelmät.

Yksi keskeinen etu SSPP-tekniikassa on sen mahdollisuus vähentää häviöitä ja parantaa suodatusominaisuuksia verrattuna perinteisiin ratkaisuihin. Esimerkiksi eräs laajakaistafiltteri, joka käyttää SSPP-rakennetta, esitteli poikkeuksellisen laajan suhteellisen kaistanleveyden, jopa 177,3 %, ja pienimmän sisäänlisäyshäviön, joka oli vain 0,5 dB taajuusalueella 0,29–4,82 GHz [19]. Tällaiset suorituskyvyn huipentumat tekevät SSPP-teknologiasta houkuttelevan vaihtoehdon, erityisesti silloin, kun tavoitellaan korkeaa taajuuskaistan suorituskykyä.

Eräs uusi lähestymistapa sisältää rakenteen, jossa käytetään asynkronisesti rikottuja, korugoituneita suikaleita, jotka on liitetty toisiinsa uritettujen suikaleiden ja upotetun jaetun renkaan avulla. Tämä suodatin, joka toimii taajuusalueella 3–7 GHz, tarjoaa erinomaisen kaistanpoistotehokkuuden ja erittäin matalan häviön 7–10 GHz taajuusalueella, jolloin sen sisäänlisäyshäviö on noin 1,5 dB [20]. Tämänkaltaiset rakenteet tarjoavat merkittävää parannusta kaistanleveyden laajentamiseen ja signaalien suodattamiseen.

Toinen mielenkiintoinen kehitysaskel on erittäin ohut ja pieni SSPP-pohjainen kaistanpäästösuodatin, joka yhdistää metallipinnoitukset sekä alareunaan että alapuolelle levyssä, jolloin saavutetaan huomattavia etuja perinteisiin ratkaisuin verrattuna. Tässä suodattimessa voidaan muokata alempaa leikkaustaajuutta säätämällä suorakulmaisen aalto-optiikan leveyttä, ja ylempää leikkaustaajuutta säätämällä komplementaarisen kammion kaltaisen rakenteen pituutta [21]. Näin voidaan saavuttaa erinomainen laajakaistafiltterin suorituskyky erityisesti mikroaaltotaajuusalueella.

Muita tärkeitä edistysaskeleita sisältävät uudenlainen kaksirivinen, viivästetty ja kaksipuoleinen quasi-SSPP-siirtolinja, joka mahdollistaa kaistanpäästösuodattimien toteuttamisen kahdelle laajakaistalle. Tässä rakenteessa voidaan käyttää U-muotoisia soluja ja lisätä niiden määrää, jotta saavutetaan parannuksia suodattimen valintakyvyssä ja kaistanpään suojauksessa [22]. Tämä tekniikka avaa mahdollisuuksia luoda suodattimia, jotka paitsi täyttävät laajoja taajuuskaistavaatimuksia myös pystyvät tehokkaasti estämään ei-toivottuja signaaleja.

Toinen erottuva piirre on mahdollisuus suunnitella kompakti ja erittäin tehokas kaistanpäästösuodatin, joka hyödyntää koplanaariaalto-optiikan (CPW) tekniikkaa ja Q-SSPP-rakenteen avulla saavuttaa korkeaa suorituskykyä ja laajaa kaistanleveyttä. Tällöin korkeamman leikkaustaajuuden säädin perustuu Q-SSPP-rakenteeseen ja matalataajuisen aallon suodatus interdigital-rakenteeseen. Tämä rakenne voi saavuttaa jopa 63,6 %:n laajakaistan kaistanleveyden välillä 8,8–17 GHz [23].

Kun tarkastellaan nanoteknologian ja mikrosirujen kehitystä, erittäin kompakti ja tehokas THz-laajakaistafiltteri, joka toimii 0,65–2,02 THz taajuusalueella, on mahdollistanut uudentyyppisiä sovelluksia, joissa taajuusleikkausta voidaan säätää itsenäisesti. Tällaisessa rakenteessa alemmat taajuudet suodattuvat interdigital-rakenteen avulla, ja ylempi leikkaustaajuus saavutetaan SSPP-rakenteilla [24]. Tämä mahdollistaa suodattimen tarkan säätämisen eri taajuusalueilla ja tarjoaa lisäedun joustaville sovelluksille.

Erityisesti yhteysdifferointitekniikoilla, kuten differointimoodilla ja yhteismoodilla, voidaan suunnitella suodattimia, jotka estävät häiriöitä laajalla taajuusalueella. Tämä on erityisen tärkeää, kun suunnitellaan suodattimia, jotka käyttävät spoof-pinta-plasmonipolaritoneja (SSPP) ja halutaan saavuttaa laaja yhteismoodin vaimennus [26].

Kaiken kaikkiaan SSPP-pohjaiset suodattimet tarjoavat merkittäviä etuja laajakaistaisissa sovelluksissa, joissa vaaditaan matalaa häviötä, erinomaisia selektiivisyysominaisuuksia ja suurta kaistanleveyttä. Tällaisten suodattimien kehitys mahdollistaa paremman suorituskyvyn ja tehokkaamman taajuuskaistanhallinnan erityisesti mikroaaltoteollisuudessa ja uusien langattomien järjestelmien suunnittelussa.

Miten Taajuuslaajennus Antennit ja Avoimen Pysäytystyypin Vaikutusten Ratkaiseminen Toimivat?

Tässä luvussa käsitellään erilaisia taajuuslaajennusantenneja ja menetelmiä, joilla voidaan ratkaista avoimen pysäytystilan vaikutukset. Taajuuslaajennusantenni, joka käyttää vääristynyttä pintaplasmon-polaritonia (SSPP), on yksi uudemmista teknologioista, jotka voivat merkittävästi parantaa antennien suorituskykyä. Tällaiset antennit hyödyntävät leaky-wave-ilmiötä, joka perustuu siihen, että antennissa aalto vuotaa ulos sen pinnalta. Yksi keskeinen ero näiden antennien ja perinteisten seisovien aaltojen antennien välillä on se, miten signaalin virtaus tapahtuu.

Leaky-wave-antennit, jotka perustuvat SSPP:hen, tarjoavat ainutlaatuisen edun taajuuslaajennuskyvyssään ja suuremmassa kulman skannauksessa verrattuna perinteisiin seisoviin aaltoihin. Tällaisten antennien suurin haaste on kuitenkin avoimen pysäytystilan ilmiö, joka voi heikentää antennin suorituskykyä tietyillä taajuusalueilla. On olemassa useita suunnittelutekniikoita, joilla tätä ilmiötä voidaan hallita, kuten epäsymmetristen poikkeamien käyttö 1-D jaksollisissa rakenteissa, jotka estävät pysäytystilan muodostumisen ja mahdollistavat antennin tehokkaamman toiminnan laajemmilla taajuusalueilla.

Erityisesti leaky-wave-antennien suunnittelussa on kiinnitettävä huomiota komponenttien kokoon ja geometrian tarkkuuteen. Antennin kokoonpano, jossa käytetään SSPP-rakenteita, mahdollistaa erittäin pienten ja kompaktiien antennien luomisen, jotka silti pystyvät tuottamaan korkean tuoton ja laajan skannauskulman. Tämä on erityisen tärkeää sovelluksissa, joissa tila on rajallinen mutta korkealle suuntauksen tarkkuudelle on suuri tarve, kuten langattomassa viestinnässä ja satelliittitekniikassa.

Kun tarkastellaan mitattuja S-parametreja, kuten S11 ja S21, voidaan nähdä, kuinka antennin viritys ja säteilyvoima vaihtelevat taajuuden mukaan. Erilaiset taajuusalueet antavat yksityiskohtaisia tietoja siitä, kuinka hyvin antenni toimii tietyllä taajuusalueella ja kuinka paljon signaali vaimentuu, kun taajuus muuttuu. Tämä on erityisen tärkeää suunniteltaessa antenneja, jotka vaativat suurta signaalin eheyttä ja tehokkuutta tietyissä taajuuksissa.

On myös huomionarvoista, että eri materiaalit ja rakenneelementit voivat vaikuttaa merkittävästi antennin suorituskykyyn. Esimerkiksi, rakenteet, joissa yhdistyvät sekä tavalliset metalli- että epäorgaaniset materiaalit, voivat tuottaa merkittäviä parannuksia skannauskulman laajuudessa ja virityskäyttäytymisessä. Lisäksi simuloinnit voivat auttaa ennakoimaan antennin käyttäytymistä ennen fyysisten prototyyppien valmistamista, jolloin voidaan optimoida rakenteita ja komponentteja ennen varsinaista valmistusta.

Tärkeää on myös huomata, että tällaisen antennin suunnittelussa ei ole kyse pelkästään teknisten haasteiden voittamisesta, vaan myös siitä, kuinka teknologiaa voidaan soveltaa käytännön sovelluksiin. Usein taajuuslaajennusantennien suunnittelussa otetaan huomioon monet ulkoiset tekijät, kuten ympäristöolosuhteet ja signaalin vaimennus, jotka voivat vaikuttaa antennin tehokkuuteen. Antennit, jotka pystyvät skannaamaan laajalla kulmalla, voivat hyödyntää suurempaa alueellista kattavuutta, mikä on kriittistä monissa modernin viestintäteknologian sovelluksissa.

Endtext