تأثير مادة الركيزة العازلة على أداء هوائي الشريحة الدقيقة (MPAs) في النطاق (V-Band)

الملخص

تُعدّ هوائيات الشريحة الدقيقة  MPAs))  Microstrip Patch Antennas عناصر محورية في أنظمة الاتصالات الحديثة بفضل صغر حجمها وسهولة تصنيعها. ومع التوجه المتزايد نحو استغلال النطاق V-band، تزداد الحاجة لتصميمات توفر كسباً وكفاءة عاليين، رغم تحديات الفقد العزلي وضيق النطاق الترددي المصاحبة لهذه الترددات. تهدف هذه الورقة إلى تحليل تأثير اختلاف مادة الركيزة (تحديداً ثابت العزل الكهربائي وخصائص الفقد) على أداء هوائي (MPAs) مصمم للعمل عند التردد المركزي  55GHz ضمن النطاق  .50-60 GHz تم تقييم مؤشرات الأداء الأساسية التي تشمل: الكسب، الكفاءة، معامل الانعكاس (S₁₁)، وعرض النطاق الترددي. لتحقيق ذلك، تم تصميم ومحاكاة  هذا الهوائي بأبعاد موحدة باستخدام برنامج  CST Microwave Studio، وتطبيقه على ثلاث ركائز مختلفة من عائلة Rogers بسماكة موحدة  (0.127 mm)، وهي: (Rogers RT/duroid 5880)، و(Rogers RO3003)، و (Rogers RO4350B) أظهرت نتائج المحاكاة تبايناً واضحاً في الأداء؛ حيث حقق النموذج المبني على مادة RT/duroid 5880 (الأقل عزلًا) أعلى كسب واتجاهية (Gain 6.16 dBi, Directivity 6.82 dBi) ، مما يجعله مثالياً لتطبيقات المدى الطويل. في المقابل، تميز نموذج Rogers RO3003  بتحقيقه أفضل توافق في المعاوقة  (S₁₁ -19.8 dB) وأعرض نطاق ترددي (BW  2.527 GHz)، مما يجعله الخيار الأنسب لتطبيقات نقل البيانات عالية السرعة. بينما سجل نموذج Rogers RO4350B  أعلى كفاءة إشعاعية  ( 89.6%) رغم انخفاض كسبه قليلاً مقارنة بالبقية. ختاماً، توضح الورقة أن الأداء الأمثل يعتمد على أولوية التطبيق؛ إذ يوصى بركيزة 5880  لتعزيز مدى الإشارة (الكسب)، وبركيزة RO4350B  للتصاميم المدمجة عالية الكفاءة. ومع ذلك، بالنسبة لتطبيقات الجيل الخامس التي تتطلب معدلات نقل بيانات فائقة، يبرز  RO3003 كخيار مثالي بفضل تحقيقه لأعرض نطاق ترددي.