В МФТИ определили ограничения аддитивных методов в производстве антенн 6G

Коллектив молодых ученых Московского физико-технического института изучил влияние шероховатости поверхностей на работу антенн 6G и определил требования к этой характеристике при аддитивном производстве. Исследование поможет масштабировать экономически выгодную технологию 3D-печати антенн.

Применяемые сегодня телекоммуникационными сетями радиоантенны обыкновенно изготавливаются при помощи стандартных методов обработки металлов, а также технологии печатных плат. При переходе к более высоким частотам (6G и далее) требуется повышенная геометрическая точность, и на этом этапе механические способы обработки естественным образом отпадают, а одни печатные платы не способны покрыть все потребности антенной техники. На помощь приходят технологии 3D-печати, позволяющие гибко реализовывать антенные системы с высоким пространственным разрешением, не уступающим передовым станкам с ЧПУ.

Технология 3D-печати радиоантенн может ускорить и удешевить разработку инфраструктуры сетей 6G. Антенну можно изготовить всего за несколько часов, при этом затраты на производство составят несколько сотен рублей, а уровень производительности будет аналогичен традиционным, сообщает пресс-служба МФТИ.

Наиболее доступные методы — лазерное спекание металлов, а также селективная металлизация диэлектриков в гальванических растворах. Оба метода активно используются на более низких частотах, однако в диапазоне 6G относительная шероховатость поверхностей начинает играть решающую роль при передаче энергии. Эффективность систем с шероховатыми поверхностями заметно ниже, чем у идеальных, причем чем больше отношение размера такой шероховатости к длине электромагнитной волны, тем сильнее негативное влияние.

Команда молодых ученых МФТИ выяснила, что характерные дефекты поверхностей в виде полусфер при такой технологии возникает в ходе сплавления слоев при лазерном спекании или вследствие природы роста кристаллов при селективной металлизации. Предложенная учеными модель применима и для технологии печатных плат с той лишь разницей, что обыкновенным дефектом в этом случае являются так называемые протравы — ямки на поверхности металла.

Чтобы определить перспективные методы изготовления антенн 6G, а также исследовать спектр применимости уже существующих методик, коллектив лаборатории радиофотоники МФТИ провел электромагнитное моделирование для систем W-дипазона. Исследование показало, что методы изготовления, создающие дефекты поверхности размером в одну сотую длины волны и более могут существенно искажать характеристики изготавливаемых образцов.

«В работе мы смоделировали различные структуры: прямоугольный волновод и микрополосковая линия выполняют функцию проводной передачи энергии из одной точки в другую, а рупорная антенна и патч-антенна передают ее беспроводным способом. С точки зрения рабочего диапазона прямоугольный волновод и рупор работают в широкой полосе частот, а микрополосковая линия и патч-антенна — в узкой. Таким образом, в нашем исследовании мы покрыли все основные классы приборов, изготавливаемых как аддитивно, так и при помощи технологии печатных плат. Для моделирования поверхностных дефектов — шероховатостей — мы использовали коммерческое программное обеспечение для электромагнитного моделирования, в котором создали геометрию с равномерно распределенным случайным набором сфер радиуса R с заданной поверхностной плотностью. Такие дефекты имитировали как неоднородности металлизации 3D-печатных макетов, так и протравы на печатных платах», — рассказал научный сотрудник лаборатории радиофотоники МФТИ Владимир Бурцев.

Полученные результаты могут быть перенесены и на другие диапазоны частот, поскольку сам метод учета погрешностей является абсолютно масштабируемым и работает не только для W-диапазона. Для характеризации антенных систем в рамках предложенного способа исследованы коэффициенты прохождения сигнала через структуры и отражения от них, а также диаграммы направленности антенн. Итогом стали сформулированные требования к шероховатости поверхностей для процесса аддитивного производства антенн 6G. 

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.