עם הפופולריות הגוברת של מכשירים אלחוטיים, שירותי נתונים נכנסו לתקופה חדשה של פיתוח מהיר, המכונה גם הצמיחה המתפרצת של שירותי נתונים. כיום, מספר רב של יישומים עוברים בהדרגה ממחשבים למכשירים אלחוטיים כמו טלפונים ניידים שקל לנשיאה ותפעול בזמן אמת, אך מצב זה הוביל גם לעלייה מהירה בתעבורת הנתונים ולמחסור במשאבי רוחב פס. על פי נתונים סטטיסטיים, קצב הנתונים בשוק עשוי להגיע ל-Gbps או אפילו Tbps ב-10 עד 15 השנים הקרובות. כיום, תקשורת THz הגיעה לקצב נתונים של Gbps, בעוד שקצב הנתונים Tbps עדיין נמצא בשלבי פיתוח מוקדמים. מאמר קשור מפרט את ההתקדמות האחרונה בקצבי נתונים של Gbps על סמך פס THz וחוזה שניתן להשיג Tbps באמצעות ריבוב קיטוב. לכן, כדי להגדיל את קצב העברת הנתונים, פתרון אפשרי הוא לפתח פס תדרים חדש, שהוא פס הטרה-הרץ, הנמצא ב"אזור הריק" בין גלי מיקרו לאור אינפרא אדום. בכנס הרדיו-תקשורת העולמי של ה-ITU (WRC-19) בשנת 2019, טווח התדרים 275-450GHz שימש עבור שירותים ניידים נייחים ויבשתיים. ניתן לראות שמערכות תקשורת אלחוטיות בטרה-הרץ משכו את תשומת ליבם של חוקרים רבים.
גלים אלקטרומגנטיים של טרה-הרץ מוגדרים בדרך כלל כתחום התדרים של 0.1-10THz (1THz=1012Hz) עם אורך גל של 0.03-3 מ"מ. על פי תקן IEEE, גלי טרה-הרץ מוגדרים כ-0.3-10THz. איור 1 מראה שתחום התדרים של טרה-הרץ נמצא בין גלי מיקרו לאור אינפרא אדום.
איור 1 תרשים סכמטי של פס תדרים THz.
פיתוח אנטנות טרה-הרץ
למרות שמחקר הטרה-הרץ החל במאה ה-19, הוא לא נחקר כתחום עצמאי באותה תקופה. המחקר על קרינת טרה-הרץ התמקד בעיקר בתחום האינפרא אדום הרחוק. רק באמצע עד סוף המאה ה-20 החלו חוקרים לקדם את מחקר גלי המילימטר לתחום הטרה-הרץ ולבצע מחקר טכנולוגי ייעודי בטכנולוגיית טרה-הרץ.
בשנות ה-80, הופעתם של מקורות קרינת טרה-הרץ אפשרה את השימוש בגלי טרה-הרץ במערכות מעשיות. מאז המאה ה-21, טכנולוגיית התקשורת האלחוטית התפתחה במהירות, והביקוש של אנשים למידע והגידול בציוד התקשורת הציבו דרישות מחמירות יותר לקצב העברת נתוני תקשורת. לכן, אחד האתגרים של טכנולוגיית התקשורת העתידית הוא לפעול בקצב נתונים גבוה של ג'יגה-ביט לשנייה במקום אחד. תחת הפיתוח הכלכלי הנוכחי, משאבי הספקטרום הפכו נדירים יותר ויותר. עם זאת, הדרישות האנושיות לקיבולת ומהירות תקשורת הן אינסופיות. לבעיית עומס הספקטרום, חברות רבות משתמשות בטכנולוגיית MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output) כדי לשפר את יעילות הספקטרום ואת קיבולת המערכת באמצעות ריבוב מרחבי. עם התקדמות רשתות 5G, מהירות חיבור הנתונים של כל משתמש תעלה על ג'יגה-ביט לשנייה, ותעבורת הנתונים של תחנות הבסיס תגדל משמעותית. עבור מערכות תקשורת מסורתיות של גלי מילימטר, קישורי מיקרוגל לא יוכלו להתמודד עם זרמי נתונים עצומים אלה. בנוסף, עקב השפעת קו הראייה, מרחק השידור של תקשורת אינפרא אדום קצר ומיקום ציוד התקשורת שלה קבוע. לכן, גלי THz, הנמצאים בין מיקרוגל לאינפרא אדום, יכולים לשמש לבניית מערכות תקשורת במהירות גבוהה ולהגדלת קצב העברת נתונים באמצעות קישורי THz.
גלי טרה-הרץ יכולים לספק רוחב פס תקשורת רחב יותר, וטווח התדרים שלהם גדול פי 1000 בערך מזה של תקשורת ניידת. לכן, שימוש ב-THz לבניית מערכות תקשורת אלחוטיות במהירות גבוהה במיוחד הוא פתרון מבטיח לאתגר של קצבי נתונים גבוהים, אשר משך את תשומת ליבם של צוותי מחקר ותעשיות רבות. בספטמבר 2017, שוחרר תקן התקשורת האלחוטית THz הראשון IEEE 802.15.3d-2017, המגדיר חילופי נתונים נקודה לנקודה בטווח תדרי THz נמוך יותר של 252-325 GHz. השכבה הפיזית החלופית (PHY) של הקישור יכולה להשיג קצבי נתונים של עד 100 Gbps ברוחב פס שונה.
מערכת התקשורת המוצלחת הראשונה בתדר טרה-הרץ של 0.12 טהר-הרץ הוקמה בשנת 2004, ומערכת התקשורת בתדר טרה-הרץ של 0.3 טהר-הרץ מומשה בשנת 2013. טבלה 1 מפרטת את התקדמות המחקר של מערכות תקשורת טרה-הרץ ביפן בין השנים 2004 ל-2013.
טבלה 1 התקדמות המחקר של מערכות תקשורת טרה-הרץ ביפן בין השנים 2004 ל-2013
מבנה האנטנה של מערכת תקשורת שפותחה בשנת 2004 תואר בפירוט על ידי תאגיד ניפון טלגרף וטלפון (NTT) בשנת 2005. תצורת האנטנה הוצגה בשני מקרים, כפי שמוצג באיור 2.
איור 2 תרשים סכמטי של מערכת התקשורת האלחוטית NTT 120 GHz של יפן
המערכת משלבת המרה פוטואלקטרית ואנטנה ומאמצת שני מצבי עבודה:
1. בסביבה פנימית בטווח קרוב, משדר האנטנה המישורית המשמש בתוך הבית מורכב משבב פוטודיודה בעלת קו גלאי יחיד (UTC-PD), אנטנת חריץ מישורית ועדשת סיליקון, כפי שמוצג באיור 2(א).
2. בסביבה חיצונית ארוכת טווח, על מנת לשפר את ההשפעה של אובדן שידור גדול ורגישות נמוכה של הגלאי, אנטנת המשדר חייבת להיות בעלת הגבר גבוה. אנטנת הטרה-הרץ הקיימת משתמשת בעדשה אופטית גאוסיאנית עם הגבר של יותר מ-50 dBi. שילוב צופר ההזנה והעדשה הדיאלקטרית מוצג באיור 2(ב).
בנוסף לפיתוח מערכת תקשורת בתדר 0.12 ג'יגה-הרץ, NTT פיתחה גם מערכת תקשורת בתדר 0.3 ג'יגה-הרץ בשנת 2012. באמצעות אופטימיזציה מתמשכת, קצב השידור יכול להגיע עד 100 ג'יגה-ביט לשנייה. כפי שניתן לראות בטבלה 1, היא תרמה תרומה משמעותית לפיתוח תקשורת טרה-הרץ. עם זאת, לעבודת המחקר הנוכחית יש חסרונות של תדר פעולה נמוך, גודל גדול ועלות גבוהה.
רוב אנטנות הטרה-הרץ הנמצאות כיום בשימוש הן אנטנות שעברו שינוי מאנטנות גל מילימטר, ויש מעט חדשנות באנטנות טרה-הרץ. לכן, על מנת לשפר את ביצועי מערכות תקשורת טרה-הרץ, משימה חשובה היא אופטימיזציה של אנטנות טרה-הרץ. טבלה 2 מפרטת את התקדמות המחקר של תקשורת THz בגרמניה. איור 3 (א) מציג מערכת תקשורת אלחוטית THz מייצגת המשלבת פוטוניקה ואלקטרוניקה. איור 3 (ב) מציג את זירת הניסוי של מנהרת רוח. אם לשפוט על סמך מצב המחקר הנוכחי בגרמניה, למחקר ולפיתוח שלה יש גם חסרונות כגון תדירות פעולה נמוכה, עלות גבוהה ויעילות נמוכה.
טבלה 2 התקדמות המחקר של תקשורת THz בגרמניה
איור 3 זירת בדיקה במנהרת רוח
מרכז ה-ICT של CSIRO יזם גם מחקר על מערכות תקשורת אלחוטיות בתוך תאי THz. המרכז חקר את הקשר בין השנה לתדר התקשורת, כפי שמוצג באיור 4. כפי שניתן לראות באיור 4, עד שנת 2020, המחקר על תקשורת אלחוטית נוטה לתחום THz. תדר התקשורת המקסימלי המשתמש בספקטרום הרדיו עולה פי עשרה בערך כל עשרים שנה. המרכז הגיש המלצות לגבי הדרישות לאנטנות THz והציע אנטנות מסורתיות כגון צופרים ועדשות עבור מערכות תקשורת THz. כפי שמוצג באיור 5, שתי אנטנות צופר פועלות בתדרים של 0.84THz ו-1.7THz בהתאמה, עם מבנה פשוט וביצועי קרן גאוסיאנית טובים.
איור 4 הקשר בין שנה לתדירות
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
איור 5 שני סוגים של אנטנות צופר
ארצות הברית ערכה מחקר נרחב על פליטה וגילוי של גלי טרה-הרץ. מעבדות מחקר טרה-הרץ מפורסמות כוללות את מעבדת ההנעה הסילונית (JPL), מרכז המאיצים הליניאריים של סטנפורד (SLAC), המעבדה הלאומית של ארה"ב (LLNL), המינהל הלאומי לאווירונאוטיקה והחלל (NASA), הקרן הלאומית למדע (NSF) ועוד. אנטנות טרה-הרץ חדשות עבור יישומי טרה-הרץ תוכננו, כגון אנטנות עניבת פרפר ואנטנות היגוי קרן תדר. בהתאם להתפתחות אנטנות טרה-הרץ, אנו יכולים לקבל שלושה רעיונות עיצוב בסיסיים עבור אנטנות טרה-הרץ כיום, כפי שמוצג באיור 6.
איור 6 שלושה רעיונות עיצוב בסיסיים לאנטנות טרה-הרץ
הניתוח לעיל מראה שלמרות שמדינות רבות הקדישו תשומת לב רבה לאנטנות טרה-הרץ, הן עדיין נמצאות בשלבי חקירה ופיתוח ראשוניים. עקב אובדן התפשטות גבוה ובליעה מולקולרית, אנטנות THz מוגבלות בדרך כלל על ידי מרחק שידור וכיסוי. חלק מהמחקרים מתמקדים בתדרי פעולה נמוכים יותר בתחום THz. מחקר קיים על אנטנות טרה-הרץ מתמקד בעיקר בשיפור ההגבר באמצעות אנטנות עדשה דיאלקטרית וכו', ובשיפור יעילות התקשורת באמצעות אלגוריתמים מתאימים. בנוסף, כיצד לשפר את יעילות אריזת אנטנת טרה-הרץ היא גם סוגיה דחופה מאוד.
אנטנות THz כלליות
ישנם סוגים רבים של אנטנות THz: אנטנות דיפול עם חללים חרוטיים, מערכי מחזירי אור פינתיים, דיפולים בעלי עניבת פרפר, אנטנות מישוריות בעלות עדשה דיאלקטרית, אנטנות פוטו-מוליכות ליצירת מקורות קרינה ממקור THz, אנטנות קרן, אנטנות THz המבוססות על חומרי גרפן וכו'. בהתאם לחומרים המשמשים לייצור אנטנות THz, ניתן לחלק אותן באופן גס לאנטנות מתכת (בעיקר אנטנות קרן), אנטנות דיאלקטריות (אנטנות עדשה) ואנטנות מחומר חדש. סעיף זה נותן תחילה ניתוח ראשוני של אנטנות אלו, ולאחר מכן, בסעיף הבא, מוצגות בפירוט ונותחות לעומק חמש אנטנות THz אופייניות.
1. אנטנות מתכת
אנטנת הצופר היא אנטנת מתכת טיפוסית שנועדה לעבוד בתחום תדר ה-THz. האנטנה של מקלט גל מילימטר קלאסי היא צופר חרוטי. לאנטנות גליות ולאנטנות דו-מצביות יתרונות רבים, כולל דפוסי קרינה סימטריים סיבובית, הגבר גבוה של 20 עד 30 dBi ורמת קיטוב צולב נמוך של -30 dB, ויעילות צימוד של 97% עד 98%. רוחבי הפס הזמינים של שתי אנטנות הצופר הם 30%-40% ו-6%-8%, בהתאמה.
מכיוון שתדירות גלי הטרה-הרץ גבוהה מאוד, גודל אנטנת הצופר קטן מאוד, מה שמקשה מאוד על עיבוד הצופר, במיוחד בתכנון מערכי אנטנות, ומורכבות טכנולוגיית העיבוד מובילה לעלות מוגזמת וייצור מוגבל. עקב הקושי בייצור תחתית עיצוב הצופר המורכב, משתמשים בדרך כלל באנטנת צופר פשוטה בצורת צופר חרוטי או קוני, מה שיכול להפחית את העלות ואת מורכבות התהליך, וניתן לשמור היטב על ביצועי הקרינה של האנטנה.
אנטנה מתכתית נוספת היא אנטנת פירמידת גלים נודדים, המורכבת מאנטנת גלים נודדים המשולבת על סרט דיאלקטרי של 1.2 מיקרון ותלויה בחלל אורכי חרוט על פרוסת סיליקון, כפי שמוצג באיור 7. אנטנה זו היא בעלת מבנה פתוח התואם לדיודות שוטקי. בשל המבנה הפשוט יחסית שלה ודרישות הייצור הנמוכות שלה, ניתן להשתמש בה בדרך כלל בתחומי תדרים מעל 0.6 טרה-הרץ. עם זאת, רמת האונה הצדדית ורמת הקיטוב הצולב של האנטנה גבוהות, כנראה בשל המבנה הפתוח שלה. לכן, יעילות הצימוד שלה נמוכה יחסית (כ-50%).
איור 7 אנטנה פירמידלית של גל נודד
2. אנטנה דיאלקטרית
האנטנה הדיאלקטרית היא שילוב של מצע דיאלקטרי ורדיאטור אנטנה. באמצעות תכנון נכון, האנטנה הדיאלקטרית יכולה להשיג התאמת עכבה עם הגלאי, ויש לה יתרונות של תהליך פשוט, אינטגרציה קלה ועלות נמוכה. בשנים האחרונות, חוקרים תכננו מספר אנטנות צד-אש צרות-פס ופס רחב שיכולות להתאים לגלאי העכבה הנמוכה של אנטנות דיאלקטריות טרה-הרץ: אנטנת פרפר, אנטנה בצורת U כפולה, אנטנה לוגריתמית מחזורית ואנטנה סינוסואידלית לוגריתמית מחזורית, כפי שמוצג באיור 8. בנוסף, ניתן לתכנן גיאומטריות אנטנה מורכבות יותר באמצעות אלגוריתמים גנטיים.
איור 8 ארבעה סוגים של אנטנות מישוריות
עם זאת, מכיוון שהאנטנה הדיאלקטרית משולבת עם מצע דיאלקטרי, אפקט של גל שטח יתרחש כאשר התדר נוטה לפס THz. חיסרון חמור זה יגרום לאנטנה לאבד אנרגיה רבה במהלך הפעולה ולהוביל לירידה משמעותית ביעילות קרינת האנטנה. כפי שמוצג באיור 9, כאשר זווית קרינת האנטנה גדולה מזווית החיתוך, האנרגיה שלה מוגבלת במצע הדיאלקטרי ומצומדת למוד המצע.
איור 9 אפקט גל פני השטח של האנטנה
ככל שעובי המצע גדל, מספר המודים מסדר גבוה גדל, והצימוד בין האנטנה למצע גדל, וכתוצאה מכך אובדן אנרגיה. על מנת להחליש את אפקט גלי השטח, ישנן שלוש תוכניות אופטימיזציה:
1) טען עדשה על האנטנה כדי להגדיל את ההגבר באמצעות מאפייני עיצוב האלומה של גלים אלקטרומגנטיים.
2) הפחתת עובי המצע כדי לדכא את יצירתם של גלים אלקטרומגנטיים מסדר גבוה.
3) החלפת חומר הדיאלקטרי של המצע בפער פס אלקטרומגנטי (EBG). מאפייני הסינון המרחבי של EBG יכולים לדכא מצבים מסדר גבוה.
3. אנטנות מחומר חדש
בנוסף לשתי האנטנות הנ"ל, קיימת גם אנטנת טרה-הרץ העשויה מחומרים חדשים. לדוגמה, בשנת 2006, ג'ין האו ואחרים הציעו אנטנת דיפול מסוג ננו-צינוריות פחמן. כפי שמוצג באיור 10 (א), הדיפול עשוי מננו-צינוריות פחמן במקום מחומרים מתכתיים. הוא חקר בקפידה את התכונות האינפרא-אדומות והאופטיות של אנטנת הדיפול מסוג ננו-צינוריות פחמן ודן במאפיינים הכלליים של אנטנת הדיפול מסוג ננו-צינוריות פחמן באורך סופי, כגון עכבת קלט, פיזור זרם, הגבר, יעילות ודפוס קרינה. איור 10 (ב) מציג את הקשר בין עכבת הקלט לתדר של אנטנת הדיפול מסוג ננו-צינוריות פחמן. כפי שניתן לראות באיור 10 (ב), החלק הדמיוני של עכבת הקלט מכיל אפסים מרובים בתדרים גבוהים יותר. זה מצביע על כך שהאנטנה יכולה להשיג תהודות מרובות בתדרים שונים. ברור שאנטנת ננו-צינוריות פחמן מציגה תהודה בטווח תדרים מסוים (תדרי THz נמוכים יותר), אך אינה מסוגלת כלל להדהד מחוץ לטווח זה.
איור 10 (א) אנטנת דיפול של ננו-צינוריות פחמן. (ב) עקומת עכבת קלט-תדר
בשנת 2012, סמיר פ. מחמוד ואייד ר. אל-עג'מי הציעו מבנה אנטנה חדש בתדר טרה-הרץ המבוסס על ננו-צינוריות פחמן, המורכב מצרור של ננו-צינוריות פחמן עטופות בשתי שכבות דיאלקטריות. השכבה הדיאלקטרית הפנימית היא שכבת קצף דיאלקטרי, והשכבה הדיאלקטרית החיצונית היא שכבת מטא-חומר. המבנה הספציפי מוצג באיור 11. באמצעות בדיקות, ביצועי הקרינה של האנטנה שופרו בהשוואה לננו-צינוריות פחמן בעלות דופן אחת.
איור 11 אנטנת טרה-הרץ חדשה המבוססת על ננו-צינוריות פחמן
אנטנות הטרה-הרץ החדשות שהוצעו לעיל הן בעיקר תלת-ממדיות. על מנת לשפר את רוחב הפס של האנטנה וליצור אנטנות קונפורמיות, אנטנות גרפן מישוריות זכו לתשומת לב רבה. לגרפן מאפייני בקרה דינמיים רציפה מצוינים והוא יכול לייצר פלזמה על פני השטח על ידי התאמת מתח ההטיה. פלזמה על פני השטח קיימת בממשק בין מצעים בעלי קבוע דיאלקטרי חיובי (כגון Si, SiO2 וכו') לבין מצעים בעלי קבוע דיאלקטרי שלילי (כגון מתכות יקרות, גרפן וכו'). יש מספר רב של "אלקטרונים חופשיים" במוליכים כמו מתכות יקרות וגרפן. אלקטרונים חופשיים אלה נקראים גם פלזמות. בשל שדה הפוטנציאל הטבוע במוליך, פלזמות אלה נמצאות במצב יציב ואינן מופרעות על ידי העולם החיצון. כאשר אנרגיית הגל האלקטרומגנטי הפוגעת מצומדת לפלזמות אלה, הפלזמות יסטו מהמצב היציב וירטטו. לאחר ההמרה, המצב האלקטרומגנטי יוצר גל מגנטי רוחבי בממשק. על פי תיאור יחס הפיזור של פלזמה על פני המתכת על ידי מודל דרוד, מתכות אינן יכולות להזדווג באופן טבעי עם גלים אלקטרומגנטיים במרחב הפנוי ולהמיר אנרגיה. יש צורך להשתמש בחומרים אחרים כדי לעורר גלי פלזמה על פני השטח. גלי פלזמה על פני השטח דועכים במהירות בכיוון המקביל של ממשק המתכת-מצע. כאשר מוליך המתכת מוליך בכיוון הניצב לפני השטח, מתרחש אפקט עור. ברור שבשל גודלה הקטן של האנטנה, קיים אפקט עור בתחום התדרים הגבוהים, הגורם לירידה חדה בביצועי האנטנה ואינו יכול לעמוד בדרישות של אנטנות טרה-הרץ. לפלסמון על פני השטח של גרפן לא רק כוח קשירה גבוה יותר ואובדן נמוך יותר, אלא גם תומך בכוונון חשמלי רציף. בנוסף, לגרפן יש מוליכות מורכבת בתחום הטרה-הרץ. לכן, התפשטות גלים איטית קשורה למצב פלזמה בתדרי טרה-הרץ. מאפיינים אלה מדגימים באופן מלא את היתכנותו של גרפן להחליף חומרי מתכת בתחום הטרה-הרץ.
בהתבסס על התנהגות הקיטוב של פלסמונים על פני השטח של גרפן, איור 12 מציג סוג חדש של אנטנת רצועה, ומציע את צורת הפס של מאפייני ההתפשטות של גלי פלזמה בגרפן. תכנון פס האנטנה המתכוונן מספק דרך חדשה לחקור את מאפייני ההתפשטות של אנטנות טרה-הרץ מחומר חדש.
איור 12 אנטנת רצועה חדשה
בנוסף לחקירת אלמנטים של אנטנת טרה-הרץ מחומרים חדשים ליחידה, ניתן גם לתכנן אנטנות טרה-הרץ מסוג ננו-טלץ' של גרפן כמערכים לבניית מערכות תקשורת אנטנה מרובות קלט ופלטים מרובי קלט של טרה-הרץ. מבנה האנטנה מוצג באיור 13. בהתבסס על התכונות הייחודיות של אנטנות ננו-טלץ' של גרפן, לאלמנטים של האנטנה יש ממדים בקנה מידה מיקרוני. שקיעת אדים כימית מסנתזת ישירות תמונות גרפן שונות על שכבת ניקל דקה ומעבירה אותן לכל מצע. על ידי בחירת מספר מתאים של רכיבים ושינוי מתח ההטיה האלקטרוסטטי, ניתן לשנות ביעילות את כיוון הקרינה, מה שהופך את המערכת לניתנת להגדרה מחדש.
איור 13 מערך אנטנות טרה-הרץ של ננו-טלאי גרפן
מחקר חומרים חדשים הוא כיוון חדש יחסית. חדשנות החומרים צפויה לפרוץ את המגבלות של אנטנות מסורתיות ולפתח מגוון אנטנות חדשות, כגון מטא-חומרים הניתנים להגדרה מחדש, חומרים דו-ממדיים (2D) וכו'. עם זאת, סוג זה של אנטנה תלוי בעיקר בחדשנות של חומרים חדשים ובהתקדמות טכנולוגיית התהליך. בכל מקרה, פיתוח אנטנות טרה-הרץ דורש חומרים חדשניים, טכנולוגיית עיבוד מדויקת ומבני עיצוב חדשניים כדי לעמוד בדרישות הגבר הגבוה, העלות הנמוכה ורוחב הפס הרחב של אנטנות טרה-הרץ.
להלן מציגים את העקרונות הבסיסיים של שלושה סוגי אנטנות טרה-הרץ: אנטנות מתכת, אנטנות דיאלקטריות ואנטנות מחומר חדש, ומנתחים את ההבדלים ביניהן, יתרונות וחסרונות.
1. אנטנת מתכת: הגיאומטריה פשוטה, קלה לעיבוד, עלות נמוכה יחסית, ודרישות נמוכות לחומרי מצע. עם זאת, אנטנות מתכת משתמשות בשיטה מכנית כדי לכוונן את מיקום האנטנה, דבר הנוטה לשגיאות. אם הכוונון אינו נכון, ביצועי האנטנה יופחתו משמעותית. למרות שאנטנת המתכת קטנה בגודלה, קשה להרכיב אותה עם מעגל מישורי.
2. אנטנה דיאלקטרית: לאנטנה הדיאלקטרית יש עכבת קלט נמוכה, קל להתאים אותה לגלאי עכבה נמוכה, ופשוט יחסית לחבר אותה למעגל מישורי. הצורות הגיאומטריות של אנטנות דיאלקטריות כוללות צורת פרפר, צורת U כפולה, צורה לוגריתמית קונבנציונלית וצורת סינוס מחזורית לוגריתמית. עם זאת, לאנטנות דיאלקטריות יש גם פגם חמור, כלומר אפקט גלי השטח הנגרם על ידי המצע העבה. הפתרון הוא לטעון עדשה ולהחליף את המצע הדיאלקטרי במבנה EBG. שני הפתרונות דורשים חדשנות ושיפור מתמיד של טכנולוגיית התהליך והחומרים, אך הביצועים המצוינים שלהם (כגון רב-כיווניות ודיכוי גלי שטח) יכולים לספק רעיונות חדשים למחקר של אנטנות טרה-הרץ.
3. אנטנות מחומרים חדשים: כיום, הופיעו אנטנות דיפול חדשות העשויות מננו-צינוריות פחמן ומבני אנטנה חדשים העשויים מטא-חומרים. חומרים חדשים יכולים להביא לפריצות דרך חדשות בביצועים, אך הנחת היסוד היא חדשנות במדע החומרים. נכון לעכשיו, המחקר על אנטנות מחומרים חדשים עדיין נמצא בשלב הגילוי, וטכנולוגיות מפתח רבות אינן בשלות מספיק.
לסיכום, ניתן לבחור סוגים שונים של אנטנות טרה-הרץ בהתאם לדרישות התכנון:
1) אם נדרשים עיצוב פשוט ועלות ייצור נמוכה, ניתן לבחור אנטנות מתכת.
2) אם נדרשת אינטגרציה גבוהה ועכבת קלט נמוכה, ניתן לבחור באנטנות דיאלקטריות.
3) אם נדרשת פריצת דרך בביצועים, ניתן לבחור אנטנות מחומר חדש.
ניתן להתאים את העיצובים הנ"ל גם בהתאם לדרישות ספציפיות. לדוגמה, ניתן לשלב שני סוגי אנטנות כדי להשיג יתרונות רבים יותר, אך שיטת ההרכבה וטכנולוגיית העיצוב חייבות לעמוד בדרישות מחמירות יותר.
למידע נוסף על אנטנות, אנא בקרו באתר:
זמן פרסום: 2 באוגוסט 2024
