SIW - MOHMEN

توجه: این مطلب از سایت مهندس یار کپی شده است. لینک منبع در انتهای مطلب قرار گرفته است.

SIW یا همان Substrate Integrated Wave-guide که اگر به فارسی ترجمه کنیم به آن موجبر زیرلایه‌ای یکپارچه شده نیز می‌گویند، امروزه در صنعت بی‌سیم و همچنین کاربردهای موج میلی متری (فرکانس 30 تا 300 گیگاهرتز) مورد استفاده قرار می‌گیرد.

طراحی و ساخت عناصر فرکانس بالا ممکن است در طول موج های کوتاه‌تر پیچیده شود. خط انتقال‌های چاپی موجود در بازار شامل مایکرواستریپ، موجبرهای سطحی و همچنین موجبرهای مستطیلی براحتی قابل استفاده در باند فرکانسی بالا نیستند. از این رو یک نوع ساختار جدید به نام SIW معرفی شد.

کاربرد های SIW

از SIW علاوه بر شبکه‌های بی‌سیم می‌توان در صنعت رادار، سنسورهای تصویر‌برداری و دستگاه‌های پزشکی نیز استفاده کرد. این موجبر همانطور که در شکل 1 ملاحظه می‌کنید از دو رشته استوانه‌های رسانا در داخل زیرلایه‌ی دی‌الکتریک توسط دو صفحه فلز که بصورت موازی در دو سمت زیرلایه‌ی دی‌ الکتریک قرار دارند، تشکیل شده است.

دلیل استفاده از پین‌ها در موجبر SIW کاهش تلفات و افزایش انتقال موج در موجبر است. همانطورکه ملاحظه می‌کنید این موجبر خیلی شبیه به موجبر مستطیلی است و اساس طراحی آن بر مبنای آن است. تنها تفاوت تاثیرگذار مهمی که بین موجبر SIW و موجبر مستطیلی می‌توان اشاره کرد وجود فقط مود‌های انتقالی الکتریکی (TE) در آن است و مود‌های انتقالی مغناطیسی (TM) وجود ندارند. ساختارهای SIW به عنوان موجبر مستطیلی پر شده از دی‌الکتریک نیز در نظر گرفته می‌شود.

پارامترهای طراحی

به غیر از ارتفاع زیرلایه و ضریب گذردهی الکتریکی، ساختار SIW دارای سه پارامتر اصلی است، عرض SIW، قطر پین‌ها و فاصله‌ی پین‌ها از هم که همانطور که می‌دانید عرض ساختار SIW با فرکانس کاری رابطه دارد و فاصله‌ی بین رشته‌های پین با توجه به نوع ماده دی‌الکتریک انتخاب می‌شود.

مزایا و معایب SIW

با استفاده از SIW می‌توان از زیرلایه با ارتفاع کمتر استفاده کرد و ساختار بصورت مدارچاپی قابل استفاده است در نتیجه اندازه‌ی ساختار کوچک شده و هزینه‌ی ساخت کمتر می‌شود. یکی دیگر از مزایای استفاده از این نوع موجبر توانایی کنترل توان بالا و فاکتور کیفیت بالاست.

از معایبی که این نوع ساختارها دارند می‌توان به حساس بودن طراحی اشاره کرد و اینکه با هرتغییر جزئی در ابعاد نتایج عوض می‌شود. دلیل اصلی این اتفاق را می‌توان به تلفات بوجود آمده بدلیل وجود نشتی در ساختار اشاره کرد.

SIW با استفاده از شکاف

یکی از مهم‌ترین کلاس آنتن‌ها، آنتن‌های آرایه‌ای شکافی هستند. دیوارهای پهن یا نازک یک موجبر توسط این شکاف‌ها بصورت شکل‌های و زوایای مختلف قطع می‌شود. در این حالت جریان ادامه پیدا نمی‌کند و توان در طول شکاف‌ها به سمت فضای آزادشار می‌کند. SIW را می‌توان با استفاده از شکاف‌های موازی در روی ساختار موجبر طراحی کرد. این نوع ساختارها به عنوان آنتن نشتی استفاده می‌شوند.

در شکل 2 شماتیک ساختار یک SIW با استفاده از شکاف نشان داده شده است. همانطور که ملاحظه می‌کنید شکاف‌ها در خط مرکزی موجبر قرار گرفته اند و جریان را قطع می‌کنند و همچنین بصورت موازی با میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند. با این کار موج مسیر طولانی‌تری طی خواهد کرد و در نتیجه آنتن عمکرد بهتری نسبت به ساختارهای قبلی خواهد داشت.

ساخت SIW با استفاده از مواد جدید

امروزه استفاده از مواد جدید برای ساخت عناصر مایکروویو یک امر مهم و جدید در پژوهش‌های صنعتی و دانشگاهی بحساب می آید. می‌توان دلیل پیش‌روی محققان به این سمت را ساخت عناصر کم هزینه، تلفات کم، انعطاف پذیر و در حد امکان استفاده از زیرلایه‌ی دوستدار محیط زیست دانست.
یک راه حل مناسب برای این امر استفاده از مواد کاغذی، پلاستیکی و پارچه در عناصر جدید مایکروویو است. این مواد این اجازه را به ما می‌دهند تا ساختارهای به نسبت ارزان‌تری در مقایسه با ساختارهای پیشین داشته باشیم. از این نوع ساختارها می‌توان در برچسب های RFID برای سنسورهای بی‌سیم موجود در اینترنت اشیاء (IoT) استفاده کرد.

ساختار SIW بر پایه‌ی کاغذ

کاغذ یکی از ارزان‌ترین و در دسترس‌ترین ماده بحساب می‌آید و هم در ساخت و هم در بازیافت کاملا با محیط سازگار است. ساخت مدارهای چاپی با کاغذ به هیچ واکنش شیمیایی یا استفاده از اسید نیاز ندارد. پروسه‌ی آن بسیار ساده است بدین صورت که بصورت تزریق جوهر توسط نازل (عموما از جنس نقره، بدلیل خاصیت هدایت شوندگی بالا) چاپ می‌شود.

پین‌ها توسط یک لیزر برشی ایجاد و با سیم نازک پر می‌شود. استفاده از مواد کاغذی در ساختار SIW این اجازه را به ما می‌دهند تا بتوان هندسه‌ی ثابتی با ساختارهای چند لایه داشته باشیم. امکان ساخت ساختارهای چندلایه این اجازه را به ما می‌دهند تا سایز آن را کاهش و انعطاف پذیری آن را در ساختار SIW افزایش دهیم.

در شکل 3 یک نوع SIW ساخته شده توسط ماده‌ی کاغذی را نشان می‌دهد که فرکانس کاری آن بین 3 تا 10 گیگاهرتز است و به عنوان یک فیلتر می‌توان از آن استفاده کرد. استفاده از ماده‌ی کاغذی در ساختارهای SIW در آینده به عنوان یک پایه‌ی اساسی طراحی سیستم‌های بی‌سیم و دستگاه‌های پوششی خواهد بود.

ساختار SIW بر پایه‌ی پلاستیک

عناصر و آنتن‌های SIW می‌توانند بر پایه‌ی زیرلایه‌ی پلی‌اتیلن تریفتالین (PET) ساخته شود. PET یک ماده‌ی ارزان و انعطاف‌پذیر است که به عنوان یکی از کاندیداها برای ساخت سیستم‌های بی‌سیم پوشیدنی در آینده معرفی شده است.
در شکل 4 یک نمونه ساختار SIW بر پایه‌ی پلاستیک نشان داده شده است. این ساختار در پهنای فرکانسی 5 گیگاهرتز کار می‌کند. یکی از معایب این ساختار تلفات زیاد است که به عنوان یک چالش در بین محققان در حال بررسی است.

ساختار SIW بر پایه‌ی پارچه‌ی پوشیدنی

آنتن‌های SIW زیادی بر پایه‌ی پارچه طراحی و ساخته شده اند. ساختار این نوع آنتن‌ها که تا کنون ساخته شده است، شامل یک شکاف بصورت حفره‌ای در پشت آنتن با فرکانس کاری 45/2 گیگاهرتز است. این فرکانس به عنوان فرکانس کاری پر کاربرد در صنعت پزشکی، علمی و صنعتی به شمار می‌آید. در شکل 4 ساختار یک نمونه SIW بر پایه‌ی پارچه نشان داده شده است.

نتیجه گیری

ساختارهای SIW با توجه به ویژگی‌های منحصر بفردی که دارند در صنعت مورد توجه محققان قرار گرفته است بطوریکه پژوهشگران زیادی همچنان در این زمینه در حال تحقیق هستند و روز به روز ساختارهای جدیدتری در این زمینه طراحی و ساخته می‌شود.

نوشته‌ها

موجبر SIW