Le antenne 5G del futuro create grazie alla stampa 3d

Ingegneri e ricercatori sono sempre alla ricerca di modi per rafforzare la connettività mobile. In un documento intitolato “Una serie di antenne con patch ad accoppiamento capacitivo con copertura ad alto guadagno e ampia per applicazioni per smartphone 5G “, un gruppo di ricercatori propone di utilizzare la stampa 3D per creare un nuovo tipo di array di antenne patch capacitive capaci di fornire guadagno elevato e 360 copertura di grado nel piano di elevazione.

“L’antenna proposta è una coppia di patch simmetriche accoppiate capacitive compatte come mostrato nella Figura 1,” spiegano i ricercatori. “La dimensione complessiva del progetto proposto è 3,7 mm  × 3,25  mm. Rogers RT5880 di una costante dielettrica relativa 2.2 e una tangente di perdita 0.0009 alla banda di frequenza di 24-28 GHz viene utilizzato come substrato per il circuito stampato (PCB). I patch vengono stampati sullo strato superiore del substrato. Lo strato inferiore del substrato è costituito dal piano terra. Il conduttore interno dell’alimentazione della sonda coassiale si estende dal piano di massa attraverso il substrato PCB per raggiungere l’alimentazione dello strato superiore che accoppia in modo capacitivo i patch. ”
L’elemento antenna copre 24-28 GHz, che è una possibile banda di frequenza per future applicazioni 5G. Quattro sottosistemi di 12 elementi di antenna, ciascuno di 90 gradi nel piano di elevazione, sono stati integrati nel telaio del telefono cellulare per una copertura a 360 gradi.

“L’array di antenne ha ottenuto un elevato guadagno di 16,5 dBi nel puntamento e può essere guidato da -60 ° a 60 ° nel piano phi”, proseguono i ricercatori. “L’antenna proposta mostrava un guadagno stabile e un modello di radiazione uniforme in tutta la fascia di frequenza prevista.”
La dimensione fisica dell’antenna è relativamente piccola rispetto ai progetti esistenti, il che significa che consuma meno spazio e più elementi di antenna possono essere disposti lungo la larghezza del piano di massa del telefono cellulare. La larghezza di banda dell’antenna è sufficiente per le applicazioni 5G e può essere ulteriormente ampliata modificando la struttura dell’antenna.

I ricercatori hanno anche modificato lo chassis del telefono cellulare per adattarsi agli array di antenne. Il PCB del telefono cellulare è stato rimodellato da piano a tridimensionale, che i ricercatori chiamano un “approccio futuristico”. Il PCB 3D utilizza lo spessore dell’intero telefono cellulare, che è in genere 7-9 mm, e può fornire supporto meccanico al intero telefono come un involucro. Utilizzando una forma 3D piuttosto che piatta, i ricercatori hanno creato più spazio per posizionare i componenti PCB nel telefono cellulare, in particolare per gli elementi aggiuntivi dell’antenna 5G insieme al corrispondente RFIC.

“La disposizione proposta consiste di quattro sotto-array con tre sotto-array di elementi di antenna proposti su lati diversi della regione del bordo inferiore in PCB e un sotto-array ai lati della regione del bordo superiore in PCB”, spiegano i ricercatori. “… Ogni sotto-array ha 12 elementi di antenna e 48 elementi di antenna sono usati complessivamente. Ciascun sotto-array fornisce una copertura di 90 ° sul piano theta. ”
La stampa 3D ha permesso ai ricercatori di fabbricare gli array di antenne nella loro nuova configurazione. Hanno quindi condotto uno studio approfondito delle prestazioni dell’antenna e hanno concluso che il loro design 3D potrebbe essere utile in futuro per la creazione di dispositivi mobili con funzionalità 5G e superiori.

Autori del giornale includono Manoj Stanley, Yi Huang, Hanyang Wang, Hai Zhou, Ahmed Alieldin e Sumin Joseph.

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