אנטנת אנד-פייר רחבת פס עם אלומת הטיה באמצעות שני טבעות חצי‑מעגל כפולות

אלומות אלחוטיות חדות יותר לחללים פנימיים עמוסים

דמיינו אולם הרצאות או קניון צפוף שבו כולם משדרים וידאו או משתתפים בשיחות וידאו בו‑זמנית. הרשתות של היום — Wi‑Fi ו‑5G — עלולות להתקשות לספק חיבורים מהירים ואמינים במרחבים תובעניים כאלה. מאמר זה בוחן אנטנה חדשה וקטנה שיכולה לשדר אלומת רדיו חזקה וממוקדת לכיוון המשתמשים, על טווח רחב של ערוצי תדר גבוהים של 5G ו‑WiGig, ובכך לשפר במהירות ובאיכות האות בתוך מבנים.

מדוע 5G העתידית זקוקה לאנטנות חדשות

הסמארטפונים והמכשירים המחוברים שלנו דורשים יותר ויותר נתונים, ורצועות התדר הנמוכות יותר («תת‑6 גיגה‑הרץ») מתמלאות. כדי לעמוד בעומס, רשתות 5G זזות לתחומי גל ממילימטר, תדרים גבוהים בהרבה מאלו של טלפונים סלולריים מסורתיים. רצועות אלו, כולל טווחי 24–40 גיגה‑הרץ של 5G New Radio ורצועת 60 גיגה‑הרץ הבלתי‑מורשית, יכולות לשאת כמויות עצומות של מידע, אך יש להן חסרון: האותות בתדרים אלה מתחלשים במהירות וקשה להם לעבור קירות ומכשולים. כדי שיהיו מעשיים, תחנות בסיס ונקודות גישה זקוקות לאנטנות קומפקטיות שניתן לשלב בקלות בציוד ושידרוגיהן מכוונות חזק ומכוונות אל המשתמשים במקום לפזר אנרגיה לכל הכיוונים.

אנטנה קומפקטית עם דחיפה מוטה

החוקרים מציגים אנטנה שטוחה וקטנה שעושה בדיוק זאת. במקום להסתמך על כוונון מכאני נפוח או רכיבים אלקטרוניים מורכבים, הם מעצבים את דפוסי המתכת על לוח מעגל מודפס כך שיווצר באופן טבעי קרן חזקה המצביעה בכיוון מוטה קבוע — כמו סוֹטָרי המכוון מטה אל הבמה. העיצוב מבוסס על שתי טבעות נחושת חצי‑מעגל מקוננות בקצה פס דק (קו ההזנה), המונחות על חומר לוח מעגל מודפס סטנדרטי לתדרים גבוהים. מתחתיהן, מישור הקרקע — שכבת המתכת שבדרך כלל מונחת שטוחה — נחצב בקפידה לצורה מעוקלת עם חריצים ומחזיר קטן. תכונות אלו יחד מנווטות את גלי הרדיו כך שיעזבו את הלוח לאורך הקצה (כיוון ה"אנד‑פייר") בזווית של כ‑65 מעלות, אידיאלית לכיסוי אזור כמו מאזור הישיבה מול נקודת גישה המותקנת על הקיר.

עיצוב זרמי חשמל במקום להוסיף מורכבות

רבות מהאנטנות הקודמות השיגו הטיית אלומה על ידי הוספת חלקי מתכת פרזיטיים או שכבות מטא‑חומר יוצאות דופן, מה שהגדיל את הגודל והמורכבות ולעתים צמצם את רוחב הפס השימושי. לעומת זאת, עיצוב זה שומר על מבנה פשוט: אין רכיבים פעילים נוספים או חומרים מיוחדים. הטריק המרכזי טמון באופן שבו מנותבים הזרמים החשמליים. שני חריצים מלבניים קטנים החתוכים בקו ההזנה פועלים כ"בליטות" לגלים מסוימים, ומכריחים חלק גדול יותר מהזרם לזרום דרך הטבעות החצי‑מעגליות על טווח רחב של תדרים. זה מייצב את כיוון האלומה הראשית כך שבין כ‑24 ל‑48 גיגה‑הרץ האנטנה ממשיכה "להסתכל" כמעט באותו כיוון מוטה גם כאשר תדר הפעולה משתנה.

ביצועי רחבת‑פס במימד זעיר

למרות הפשטות והגודל הקטן שלה — כל האנטנה בקירוב 18 על 12 מילימטר — הפרוטוטיפ מכסה טווח תדרים רחב במיוחד מ‑11.5 עד 62.5 גיגה‑הרץ. בטווח זה נמצאות רצועות מרכזיות של גל ממילימטר ל‑5G (כמו סביב 26–29 גיגה‑הרץ ו‑37–40 גיגה‑הרץ) וגם חלק מרצועת ה‑60 גיגה‑הרץ הפופולרית של WiGig. בחלון הנמדד 24–40 גיגה‑הרץ, האנטנה שומרת על אלומת אנד‑פייר מוטה תוך כדי מתן רָוָה מעל 6.5 דציבלים ושיא של כ‑11.6 דציבלים, כלומר היא מרוכזת בכוח הרבה יותר מאשר משדר נמוך‑רווח בסיסי. ניסויים במעבדה בתא אכי‑קי הראו שהביצועים במציאות — כמה טוב היא מחזירה כוח חזרה להזנה, היעילות שבה היא מקרינה וכיצד מעוצבת האלומה — תואמים באופן הדוק סימולציות ממוחשבות, מה שמגביר את הביטחון שהעיצוב פועל כפי שהתכוונו.

מה משמעות הדבר לחיבוריות היומיומית

עבור הקוראים הלא‑מומחים, המסקנה העיקרית היא שעבודה זו מדגימה אנטנה שטוחה וקטנה שיכולה לכסות כמעט את כל רצועות הגל‑מילימטר החשובות של 5G ו‑WiGig תוך כדי שידור אלומת כוח חזקה ויציבה לעבר אזור רצוי במרחב. במקום להסתמך על חלקים נעים או אלקטרוניקה מסובכת, היא משתמשת בגאומטריה חכמה כדי לכופף ולמקד אנרגיית רדיו. אנטנות כאלה יכולות להיבנות לתוך תחנות בסיס פנימיות של 5G, נקודות גישה או אפילו מכשירים קומפקטיים כדי לספק קישורים בתדרים גבוהים מהירים ואמינים יותר באולמות הרצאות, משרדים או קניונים. כאשר גרסאות עתידיות יחוברו למערכים או ישולבו עם עדשות פשוטות, הן עשויות לסייע להפוך את הכיסוי הגבוה‑תדרי הפזורים של היום ל"פנסי אלחוט" ממוקדים וחזקים בכל מקום שמהירות נתונים גבוהה נדרשת.

ציטוט: Patel, A., Panagamuwa, C. & Whittow, W. Wideband tilted beam end-fire antenna using double semi-circular rings. Sci Rep 16, 5628 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35414-8

מילות מפתח: גלים ממילימטר 5G, אנטנת אלומה מוטה, אנטנת אנד‑פייר, אנטנה מישורית רחבת‑פס, כיסוי אלחוטי פנימי