التقصي عن المواد السيراميكية المتقدمة الخاصة بهوائي الجيل الخامس
Investigation of 5G Antenna Advanced Ceramic Materials
- الباحث
- حسنين باسم عبد الجبار
- المشرف
- علاء عبد الحسن عطية - سعد بدري حسون فريد
- الجامعة
- الجامعة التكنولوجية
- الكلية / القسم
- قسم هندسة المواد / هندسة المواد
- الشهادة
- دكتوراه
- السنة
- 2023
- لغة الرسالة
- انكليزي
- الكلمات المفتاحية
- 5G antenna;Advanced ceramics;Dielectric materials;Microwave properties
الملخص
السيراميك النانوي ومتراكبات مطاط السيليكون - السيراميك النانوي من (BVO) +8190 و LaNbOg (LNO) و (LMT) 11642157113016 . يُحضر متراكبين مختلفين باستخدام طريقة خلط المحلول، وهما المتراكبات الأحادية والهجينة. الكسور الحجمية المستخدمة للمتراكبات الأحادية هي 5٠١ Noo و١١27 في حين الكسور الحجمية المستخدمة للمتراكبات الهجينة هي VY VY GY) و7750 . Gia من أهلية هذه المتراكبات لاستخدامها كركائز لهوائيات الجيل الخامس تحت تردد 5 جيجا هرتز. درس البنية البلورية وتوزيع حجم السيراميك النانوي عن طريق حيود الأشعة السينية (XRD) ، ومجهر القوة الذرية (AFM) ، على التوالي. يُقاس معامل الانعكاس والإرسال (معلمات 8 ) للمتراكبات باستخدام تقنية خط نقل قائمة على الدليل الموجي المستطيل بالاقتران مع محلل شبكة المتجهات ie (VNA) ترددات النطاق © A-£) جيجاهرتز). تُعتمد خوارزمية Nicolson - Ross - Weir (NRW) لاستخراج السماحية المعقدة وظل الخسارة للمادة قيد الاختبار. في هذا الصدد, يُدرس تأثير الكسر الحجمي للحشوات السيراميكية على ثابت العزل وظل الخسارة للمتراكبات عند ترددات مختلفة. يهدف هذا العمل إلى تطوير مواد متراكبة لهوائيات الجيل الخامس بتكلفة أقل مع الحفاظ على خصائص هوائيات الجيل الخامس مقارنة بالمواد السيراميكية و متراكبات البوليمر . تظهر النتائج أن الكسر الحجمي الأمثل من السيراميك يرفع الخصائص العزلية إلى أفضل قيمة. ومع cll تظهر متراكبة الإيبوكسي التي تحتوي على كسر حجمي 5/ من LMT خصائص عزليه ميكروويفيه جيدة (ثابت العزل = V VV وظل الخسارة = <١ عند تردد 5,757 Lae هرتز. بالإضافة إلى ذلكء تعتبر متراكبة Epoxy-LMT ذات الكسر الحجمي المنخفض بشكل استثنائي بنسبة 5/ مادة منخفضة التكلفة لهوائي الجيل الخامس . Gila آخر لخفض التكلفة هو التخلص من عملية الكبس المكلفة والمزعجة والتلبيد بدرجات حرارة عالية. علاوة على cells تتجاوز متراكبات الإيبوكسي عيوب الهشاشة العالية لمنتجات السيراميك الملبد. نتيجة لذلك، تعد متراكبة الإيبوكسي التي تحتوي على كسر حجمي 15 من LMT مرشحًا محتملاً كمواد لهوائي الجيل الخامس. من ناحية أخرىء نظرًا للتأثير التآزريء يُظهر المتراكب الهجين من مطاط السيليكون (0.128151/04+0.12181604) ميزة ظل الخسارة المنخفض مع الاحتفاظ بثابت عازل جيد عند تردد Lage OVA هرتز. يُصمم microstrip patch المستطيل ومحاكاته باستخدام CST adi باستخدام المادة المتراكبة 11١1 كركيزة. علاوة على cull بناءً على المحاكاة، يتمتع الهوائي مع الركيزة المقترحة بأداء مقبول عند تردد 5.78 Lae هرتز مع خسارة عودة واتجاهية وكسب -75,05 ديسيبل و1 5,5 ديسيبل و5 VV ديسيبل على التوالي. نتيجة لذلك، أكدت قدرة المادة المتراكبة على العمل كركيزة مناسبة لهوائي Wi-Fi عند تردد 5 جيجا هرتز.
Abstract
In this work, epoxy-nanoceramic composites and silicone rubber-nanoceramic composites of BiVO4 (BVO), LaNbO4 (LNO), and Li6Mg7Ti3O16 (LMT) are compared. Two different composites are prepared using the solution mixing method, namely mono and hybrid composites. The volume fractions used for mono composites are 5, 8, 10, and 12%, whereas the volume fractions used for hybrid composites are 11, 12 ,22, and 24%. The eligibility of these composites for utilization as substrates for sub-6 GHz 5G antennas is investigated. The crystal structure and size distribution of nanoceramics are investigated by X-ray diffraction (XRD) and Atomic Force Microscopy (AFM), respectively. The reflection and transmission coefficient (S-parameters) of composites are measured using a rectangular waveguide-based transmission line technique in conjunction with a Vector Network Analyzer (VNA) at C-band frequencies (4-8 GHz). The Nicolson- Ross-Weir (NRW) algorithm is adopted to extract the complex permittivity and loss tangent of the material under test. In this regard, the effect of the volume fraction of ceramic fillers on the dielectric constant and loss tangent of the composites at different frequencies is investigated. This work aims to develop composite materials for 5G antennas at a lower cost while maintaining the properties of 5G antennas in comparison to ceramic and polymer composites materials. The results show that an optimum volume fraction of the ceramic filler brings the dielectric properties to their best value. However, epoxy composite with a 5% volume fraction of LMT shows good microwave dielectric properties (dielectric constant = 2.17 and loss tangent = 0.011) at 5.28 GHz. In addition, epoxy-LMT composite with an exceptionally low volume fraction of 5% provides a low-cost material for a 5G antenna. Another aspect of the cost reduction is the elimination of the costly and troublesome compaction and high-temperature sintering processes. Furthermore, the epoxy composite overcomes the disadvantages of the high brittleness of the sintered all-ceramic products. As a result, epoxy composite with a 5% volume fraction of LMT is a potential candidate for 5G antenna materials. On the other hand, due to the synergetic effect, the silicone rubber hybrid composite (0.12BiVO4+0.12LaNbO4) exhibits the advantage of a lowered loss tangent while retaining a good dielectric constant at 5.78 GHz. A rectangular microstrip patch antenna is designed and simulated with CST software using 0.12BVO/0.12LNO/0.76SR composite as substrate. Moreover, based on the simulation, the antenna with the proposed substrate has acceptable performance at 5.78 GHz with a return loss, directivity, and gain of - 25.05 dB, 5.46 dBi, and 2.74 dBi, respectively. As a result, the composite material's ability to act as a suitable substrate for a 5 GHz Wi-Fi antenna is confirmed.
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.