Integrated Multi-Port SIW Antenna with Self-Quadruplexing Capability and Circular Polarization Features for 6G Communication System

वायरलेस संचार हमेशा से स्थान और दक्षता का खेल रहा है। जैसे-जैसे हमारे उपकरणों की डेटा और तेज़ कनेक्शन की मांग बढ़ रही है, उन एंटेना को छोटा, स्मार्ट और एक साथ कई कार्य संभालने में सक्षम होना चाहिए जो इन संकेतों को भेजते और प्राप्त करते हैं। पारंपरिक रूप से, यदि किसी उपकरण को एक साथ चार अलग-अलग रेडियो आवृत्तियों पर बात करने की आवश्यकता होती थी, तो उसे संकेतों को एक-दूसरे के साथ हस्तक्षेप करने से रोकने के लिए बाहरी तारों और फिल्टरों के एक जटिल जाल की आवश्यकता होती थी। इसने भारीपन और जटिलता बढ़ा दी, जो भविष्य के चिकने और सघन उपकरणों के लिए एक समस्या है। इंजीनियर एक ऐसा एंटीना बनाने के तरीके पर काम कर रहे हैं जो स्वाभाविक रूप से एक ही, सपाट हार्डवेयर के भीतर इन संकेतों को अलग कर सके, जिससे उन अतिरिक्त घटकों की आवश्यकता समाप्त हो जाए। यह अवधारणा, जिसे सेल्फ-मल्टीप्लेक्सिंग (self-multiplexing) के रूप में जाना जाता है, एक एकल एंटीना को चार अलग-अलग रेडियो के रूप में कार्य करने की अनुमति देती है, जिनमें से प्रत्येक अपनी स्वयं की आवृत्ति पर ट्यून किया गया है, और वे सभी एक-दूसरे के रास्ते में आए बिना एक साथ काम करते हैं।

हाल ही में एक अध्ययन में, भारत के जबलपुर इंजीनियरिंग कॉलेज के शोधकर्ताओं ने इस विचार को एक कदम आगे ले जाते हुए एक नए प्रकार का एंटीना डिजाइन किया है जो न केवल एक साथ चार आवृत्तियों को संभालता है, बल्कि सिग्नल की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए रेडियो तरंगों को एक विशिष्ट तरीके से आकार भी देता है। उन्होंने एक मानक सर्किट बोर्ड सामग्री पर निर्मित एक सघन, सपाट उपकरण बनाया, जिसमें धातु के पिनों से बने एक छोटे, बंद कक्ष के भीतर रेडियो तरंगों को फंसाने की तकनीक का उपयोग किया गया है। यह डिज़ाइन एंटीना को चार अलग-अलग बैंडों पर संचालित करने की अनुमति देता है, जो अगली पीढ़ी के वायरलेस नेटवर्क के लिए महत्वपूर्ण हैं। इस कार्य को जो विशेष रूप से उल्लेखनीय बनाता है वह यह है कि शोधकर्ता उस टीम ने एंटीना को 'सर्कुलर पोलराइजेशन' (circular polarization) नामक एक विशेष क्षमता प्रदान करने में सफलता प्राप्त की। तरंगों को एक एकल सपाट तल में कंपन करने के बजाय, यह एंटीना तरंगों को ऐसे भेजता है जैसे वे यात्रा करते समय घूमती हैं, बिल्कुल एक कॉर्कस्क्रू (corkscrew) की तरह। यह घूमने वाली गति यह सुनिश्चित करती है कि सिग्नल मजबूत बना रहे, भले ही रिसीव करने वाला उपकरण झुका हुआ या घुमा हुआ हो, जो मोबाइल संचार में एक आम समस्या है।

टीम ने धातु के छोटे खंभों की एक रिंग से घिरे एक सपाट, आयताकार कैविटी (cavity) से शुरुआत की, जो ऊर्जा को नियंत्रित रखने के लिए दीवारों के रूप में कार्य करते हैं। इस कैविटी के भीतर, उन्होंने चार अलग-अलग रेडिएटिंग पैच रखे, जिन्हें अलग-अलग आवृत्ति पर गूंजने (resonate) के लिए एक विशिष्ट आकार में काटा गया था। इन पैच की लंबाई को सावधानीपूर्वक समायोजित करके, उन्होंने एंटीना को 5.3 GHz, 5.7 GHz, 6.8 GHz और 7.6 GHz पर संचालित होने के लिए ट्यून किया। यह सुनिश्चित करने के लिए कि ये चार संकेत एक-दूसरे में न मिलें, शोधकर्ताओं ने पोर्ट्स (जो संकेतों के कनेक्शन पॉइंट हैं) के बीच आइसोलेशन (isolation) का परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि संकेत पूरी तरह से अलग रहे, जिसमें आइसोलेशन का स्तर 30 डेसिबल से अधिक था, जिसका अर्थ है कि चैनलों के बीच हस्तक्षेप नगण्य था। यह उच्च स्तर का अलगाव एक प्रणाली को डेटा खोए बिना या शोर पैदा किए बिना विश्वसनीय रूप से कार्य करने के लिए महत्वपूर्ण है।

स्पिनिंग वेव (घूमने वाली तरंग) प्रभाव प्राप्त करने के लिए, शोधकर्ताओं ने चारों रेडिएटिंग पैच में से प्रत्येक में एक अनूठा, सीढ़ीनुमा स्लॉट (stair-shaped slot) काटा। इस सरल संशोधन ने सतह पर विद्युत प्रवाह के बहने के तरीके को बदल दिया, जिससे दो थोड़े अलग तरंग पैटर्न बने जो वांछित गोलाकार स्पिन बनाने के लिए एक साथ मिले। जब उन्होंने एंटीना का परीक्षण किया, तो उन्होंने पुष्टि की कि इसने चारों फ्रीक्वेंसी बैंड्स में सर्कुलर पोलराइजेशन उत्पन्न किया। प्रदर्शन को एक सामान्य सर्किट बोर्ड सामग्री पर निर्मित प्रोटोटाइप का उपयोग करके मापा गया था, और परिणाम उनके कंप्यूटर सिमुलेशन से काफी मिलते-जुलते थे। एंटीना ने पीक गेन (peak gains) प्रदर्शित किया, जो यह मापने का एक तरीका है कि वह कितनी अच्छी तरह से एक विशिष्ट दिशा में ऊर्जा को केंद्रित करता है, जो 5.12 से 6.0 डेसिबल के बीच था। ये संख्याएं एक मजबूत, कुशल सिग्नल का संकेत देती हैं जो आधुनिक संचार आवश्यकताओं के लिए उपयुक्त है।

शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि इस डिज़ाइन ने स्वतंत्र ट्यूनिंग की अनुमति दी। यदि उन्हें एक आवृत्ति को ऊपर या नीचे स्थानांतरित करने की आवश्यकता थी, तो वे पूरे सिस्टम को फिर से डिजाइन किए बिना केवल एक विशिष्ट पैच के आकार को समायोजित करके इसे कर सकते थे। यह लचीलापन विनिर्माण के लिए एक महत्वपूर्ण लाभ है, क्योंकि इसका अर्थ है कि एंटीना को पूरे सिस्टम को पुन: डिजाइन किए बिना विभिन्न नेटवर्क आवश्यकताओं के लिए आसानी से अनुकूलित किया जा सकता है। अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि यह एकल, सपाट संरचना उच्च आइसोलेशन और सर्कुलर पोलराइजेशन के साथ चार अलग-अलग ऑपरेटिंग बैंड्स को सफलतापूर्वक जोड़ती है, जिससे भारी बाहरी फिल्टरों की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। यह सिद्ध करके कि इतनी जटिल, बहु-कार्यात्मक प्रणाली को एक छोटे, सरल पैकेज में बनाया जा सकता है, यह कार्य आने वाले वर्षों में अपेक्षित सघन, उच्च-प्रदर्शन वाले वायरलेस उपकरणों के लिए एक व्यावहारिक समाधान प्रदान करता है।