Выявлены ограничения аддитивных методов для производства антенн 6G

Молодые ученые из Московского физико-технического института (МФТИ) провели исследование, которое позволяет оценить влияние шероховатости поверхности на работу антенн 6G и установить требования к этой характеристике при аддитивном производстве. Полученные результаты помогут масштабировать экономически выгодные 3D-технологии для изготовления антенн. Статья с результатами была представлена на международной конференции.

На данный момент радиоантенны для телекоммуникационных сетей изготавливаются преимущественно с использованием стандартных методов обработки металла, таких как фрезерование, резка, сварка и технологии печатных плат. Однако переход на более высокие частоты, характерные для 6G, требует повышения точности геометрии антенн, что делает механические методы менее эффективными, а печатные платы не всегда могут удовлетворить все потребности.

Аддитивные методы 3D-печати предоставляют возможность создавать антенные системы с высоким пространственным разрешением, сравнимым с передовыми ЧПУ-станками. Эти технологии могут ускорить разработку инфраструктуры сетей 6G, снижая производственные затраты и время изготовления антенн до нескольких часов и нескольких сотен рублей соответственно, при этом обеспечивая производительность на уровне традиционных методов.

Среди доступных методов 3D-печати выделяются лазерное спекание металла и селективная металлизация диэлектриков в гальваническом растворе. Эти техники широко применяются на более низких частотах, однако в диапазоне 6G относительная шероховатость поверхности начинает значительно влиять на передачу энергии. Чем больше размер шероховатостей по отношению к длине электромагнитной волны, тем сильнее негативное влияние на эффективность системы.

Команда ученых из МФТИ обнаружила, что характерные дефекты поверхности в виде полусфер возникают при лазерном спекании из-за сплавления слоев, а при селективной металлизации — из-за роста кристаллов. Эти дефекты аналогичны протравам — ямкам на поверхности металла при производстве печатных плат.

Для определения перспективных методов производства антенн 6G и исследования применимости существующих методик, лаборатория радиофотоники МФТИ провела электромагнитное моделирование систем W-диапазона. Выяснилось, что методы изготовления, создающие дефекты размером в одну сотую длины волны и более, могут существенно искажать характеристики антенн.

«Мы смоделировали различные структуры, включая прямоугольный волновод, микрополосковую линию, рупорную и патч-антенны. Прямоугольный волновод и рупор работают в широкой полосе частот, тогда как микрополосковая линия и патч-антенна — в узкой. Мы использовали коммерческое ПО для создания геометрии с равномерно распределенными дефектами в виде сфер радиуса R с заданной поверхностной плотностью. Такие дефекты имитировали неоднородности металлизации 3D-печатных макетов и протравы на печатных платах», — сообщил соавтор работы, научный сотрудник лаборатории радиофотоники МФТИ Владимир Бурцев.

Полученные результаты могут быть перенесены на другие диапазоны частот, так как метод учета погрешностей масштабируем и работает не только для W-диапазона. Исследование коэффициентов прохождения и отражения сигнала, а также диаграмм направленности антенн, позволило сформулировать требования к шероховатости поверхности для аддитивного производства антенн 6G. Ожидается публикация результатов исследования в тематическом журнале и регистрация интеллектуальной собственности.

Источник: В МФТИ определили ограничения аддитивных методов для производства антенн 6G — МФТИ Новости