Компактная печатная зеркальная y-образная двухдиапазонная несимметричная вибраторная антенна круговой поляризации с усеченным экраном

Автор(и)

  • Р. Дхара Национальный технологический институт, Сикким, India https://orcid.org/0000-0002-9790-6858
  • Т. Кунду Национальный технологический институт, Сикким, India

DOI:

https://doi.org/10.20535/S002134702103002X

Ключові слова:

круговая поляризация, ширина полосы пропускания по входному импедансу, ITU-8 ГГц полоса частот, CP, C-, X-

Анотація

В статье предложена и исследована компактная двухдиапазонная печатная антенна круговой поляризации CP (circular polarization), с питанием микрополосковой линией, состоящая из вертикального у-образного излучателя с усеченной заземляющей плоскостью на противоположной стороне подложки. Усеченный экран играет важную роль в увеличении ширины полосы пропускания по входному импедансу IBW (impedance bandwidth). Для значительного увеличения ширины полосы пропускания по коэффициенту эллиптичности ARBW (axial ratio bandwidth) оптимизированы размеры вертикального y-образного излучателя. Измеренное значение IBW составляет 4,48 ГГц (4,94–9,42 ГГц, 62,39%) с частотой резонанса fр = 7,18 ГГц. IBW предложенной конструкции равен 5,557 ГГц (4,933–10,490 ГГц; 72,05%) на резонансной частоте fр = 7,7 ГГц. Соответствующие рассчитанные значения ARBW составляют 742,5 МГц (fCP1 = 6,32 ГГц, 11,75%) и 1091,8 МГц (fCP2 = 8,32 ГГц, 13,12%) в пределах диапазона рассчитанных и измеренных IBW, соответственно. Представленная в статье антенна является компактной с оптимизированными размерами 20×20×1,6 мм3, т. е. 0,54×0,54×0,044λgL3, где λgL — длина передаваемой (guided) волны на рассчитанной нижней резонансной частоте fgL = 4,933 ГГц, при уменьшении размеров на 39,7%. Она изготовлена на недорогой подложке FR4 с медным покрытием. Результаты измерений подтвердили данные, полученные с помощью программы симуляции Ansys Electronics Desktop 2020 R1. Максимальное моделированное значение коэффициента передачи составляет 4,796 дБи на частоте 8,64 ГГц в полосе CP частот. Предложенная антенна может быть использована в некоторых частях C-, X- и ITU-8 ГГц частотных диапазонов в приложениях беспроводной связи.

Посилання

B. Y. Toh, R. Cahill, V. F. Fusco, “Understanding and measuring circular polarization,” IEEE Trans. Educ., vol. 46, no. 3, pp. 313–318, 2003, doi: https://doi.org/10.1109/TE.2003.813519.

R. Garg, P. Bhartia, I. J. Bahl, A. Ittipiboon, Microstrip Antenna Design Handbook. Artech House, 2001.

W. L. Langston, D. R. Jackson, “Impedance, axial-ratio, and receive-power bandwidths of microstrip antennas,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 52, no. 10, pp. 2769–2773, 2004, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2004.834421.

Intelsat, “The Globalized Network,” Global NetworkIntelsat, 2018. http://www.intelsat.com/global-network/ (accessed Jul. 28, 2020).

A. Kirilyuk, A. V. Kimel, T. Rasing, “Ultrafast optical manipulation of magnetic order,” Rev. Mod. Phys., vol. 82, no. 3, pp. 2731–2784, 2010, doi: https://doi.org/10.1103/RevModPhys.82.2731.

D. V. Chubukov, L. V. Skripnikov, L. Bougas, L. N. Labzowsky, “P,T-odd Faraday rotation on atoms and molecules in intra-cavity absorption spectroscopy as an alternative way to search for the P,T-odd effects in nature,” 2019, uri: http://arxiv.org/abs/1907.11761.

J. Sen Kuo, G. Bin Hsieh, “Gain enhancement of a circularly polarized equilateral-triangular microstrip antenna with a slotted ground plane,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 51, no. 7, pp. 1652–1656, 2003, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2003.813621.

K. L. Chung, “A wideband circularly polarized H-shaped patch antenna,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 58, no. 10, pp. 3379–3383, 2010, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2010.2055794.

A. K. Gautam, A. Kunwar, B. K. Kanaujia, “Circularly polarized arrowhead-shape slotted microstrip antenna,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 13, pp. 471–474, 2014, doi: https://doi.org/10.1109/LAWP.2014.2309719.

J. M. Kovitz, H. Rajagopalan, Y. Rahmat-Samii, “Circularly polarised half E-shaped patch antenna: A compact and fabrication-friendly design,” IET Microwaves, Antennas Propag., vol. 10, no. 9, pp. 932–938, 2016, doi: https://doi.org/10.1049/iet-map.2015.0550.

G. Bin Hsieh, M. H. Chen, K. L. Wong, “Single-feed dual-band circularly polarised microstrip antenna,” Electron. Lett., vol. 34, no. 12, pp. 1170–1171, 1998, doi: https://doi.org/10.1049/el:19980909.

_ Nasimuddin, Z. N. Chen, X. Qing, “Dual-band circularly polarized S-shaped slotted patch antenna with a small frequency-ratio,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 58, no. 6, pp. 2112–2115, 2010, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2010.2046851.

C.-J. Wang, M.-H. Shih, L.-T. Chen, “A wideband open-slot antenna with dual-band circular polarization,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 14, pp. 1306–1309, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/LAWP.2015.2403572.

K. Kandasamy, B. Majumder, J. Mukherjee, K. P. Ray, “Dual-band circularly polarized split ring resonators loaded square slot antenna,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 64, no. 8, pp. 3640–3645, 2016, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2016.2565729.

Q. Chen et al., “Novel dual-band asymmetric U-shaped slot antenna for dual-circular polarization,” Int. J. RF Microw. Comput. Eng., vol. 27, no. 1, p. e21047, 2017, doi: https://doi.org/10.1002/mmce.21047.

K. Saraswat, A. R. Harish, “Dual-band CP coplanar waveguide‐fed split‐ring resonator‐loaded G‐shaped slot antenna with wide‐frequency ratio,” IET Microwaves, Antennas Propag., vol. 12, no. 12, pp. 1920–1925, 2018, doi: https://doi.org/10.1049/iet-map.2018.0173.

A. A. Deshmukh, P. Zaveri, “Sequentially rotated gap‐coupled variations of plus shape microstrip antennas for dual band circular polarized response,” Int. J. RF Microw. Comput. Eng., vol. 28, no. 9, p. 0, 2018, doi: https://doi.org/10.1002/mmce.21431.

R. Xu, J. Li, J. Liu, S. Zhou, K. Wei, “Design of spiral slot‐based dual‐wideband dual‐sense CP antenna,” IET Microwaves, Antennas Propag., vol. 13, no. 1, pp. 76–81, 2019, doi: https://doi.org/10.1049/iet-map.2018.5372.

A. M. Jie, N. Nasimuddin, M. F. Karim, K. T. Chandrasekaran, “A dual-band efficient circularly polarized rectenna for RF energy harvesting systems,” Int. J. RF Microw. Comput. Eng., vol. 29, no. 1, p. e21665, 2019, doi: https://doi.org/10.1002/mmce.21665.

D. Barad, S. Mohapatra, S. B. Behera, S. Behera, “Integrated circular polarized microstrip antenna with dual‐mode‐polarization insensitive characteristics,” Int. J. RF Microw. Comput. Eng., vol. 30, no. 2, p. 222039, 2020, doi: https://doi.org/10.1002/mmce.22039.

A. A. Qureshi, M. U. Afzal, T. Tauqeer, M. A. Tarar, “Performance analysis of FR-4 substrate for high frequency microstrip antennas,” in 2011 China-Japan Joint Microwave Conference, 2011, uri: https://ieeexplore.ieee.org/document/5773952.

S. J. Mumby, J. Yuan, “Dielectric properties of FR-4 laminates as a function of thickness and the electrical frequency of the measurement,” J. Electron. Mater., vol. 18, no. 2, pp. 287–292, 1989, doi: https://doi.org/10.1007/BF02657420.

N. K. Tiwari, Y. Tiwari, M. J. Akhtar, “Design of CSRR-based electronically tunable compact RF sensor for material testing,” IEEE Sensors J., vol. 18, no. 18, pp. 7450–7457, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/JSEN.2018.2861365.

J. Wu, X. Ren, Z. Wang, Y. Yin, “Broadband circularly polarized antenna with L-shaped strip feeding and shorting-pin loading,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 13, pp. 1733–1736, 2014, doi: https://doi.org/10.1109/LAWP.2014.2354050.

R. Xu, J.-Y. Li, Y.-X. Qi, G.-W. Yang, J.-J. Yang, “A design of triple-wideband triple-sense circularly polarized square slot antenna,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 16, pp. 1763–1766, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/LAWP.2017.2674677.

П. В. Найду, А. Кумар, “Двухдиапазонная e-образная унипланарная печатная антенна с ACS питанием для современных приложений беспроводной связи,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 61, no. 3, pp. 119–128, 2018, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347018030019.

П. В. Найду, А. Кумар, “Широкополосная зеркальная Z- и L-образная унипланарная трехдиапазонная антенна с ACS-фидером для WLAN применений,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 62, no. 2, pp. 109–120, 2019, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347019020043.

J.-Y. Sze, J.-C. Wang, C.-C. Chang, “Axial-ratio bandwidth enhancement of asymmetric-CPW-fed circularly-polarised square slot antenna,” Electron. Lett., vol. 44, no. 18, p. 1048, 2008, doi: https://doi.org/10.1049/el:20081858.

C. Sun, H. Zheng, L. Zhang, Y. Liu, “Analysis and design of a novel coupled shorting strip for compact patch antenna with bandwidth enhancement,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 13, pp. 1477–1481, 2014, doi: https://doi.org/10.1109/LAWP.2014.2341596.

Б. Т. П. Мадхав, М. Моника, Б. М. С. Кумар, Б. Прудхвинадх, “Компактная круглая щелевая антенна с двумя полосами пропускания и изменяемой конфигурацией для WiMAX и X-диапазонов,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 62, no. 9, pp. 563–573, 2019, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347019090048.

М. Резвани, Я. Зегфоруш, П. Бейджи, “Эффективная микрополосковая антенна круговой поляризации с С-образным шлейфом для WLAN и WiMAX приложений,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 62, no. 11, pp. 708–712, 2019, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347019110062.

Р. Дхара, С. К. Яна, М. Митра, “Трехдиапазонная несимметричная антенна с круговой поляризацией для беспроводной связи,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 63, no. 4, pp. 248–260, 2020, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347020040044.

Р. Дхара, “Четырехдиапазонная G-образная печатная антенна с круговой поляризацией и квадратной щелью,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 63, no. 7, pp. 448–460, 2020, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347020070055.

R. Dhara, S. Yadav, M. M. Sharma, S. K. Jana, M. C. Govil, “A circularly polarized quad-band annular ring antenna with asymmetric ground plane using theory of characteristic modes,” Prog. Electromagn. Res. M, vol. 100, pp. 51–68, 2021, doi: https://doi.org/10.2528/PIERM20102006.

R. Dhara, S. K. Jana, “A single microstrip feed C shaped dual circularly polarized slotted monopole antenna,” in 2017 IEEE Applied Electromagnetics Conference (AEMC), 2017, vol. 2018-Janua, pp. 1–2, doi: https://doi.org/10.1109/AEMC.2017.8325637.

R. Dhara, S. K. Jana, M. Mitra, A. Chatterjee, “A circularly polarized T-shaped patch antenna for wireless communication application,” in 2018 IEEE Indian Conference on Antennas and Propogation (InCAP), 2018, pp. 1–5, doi: https://doi.org/10.1109/INCAP.2018.8770806.

R. Dhara, S. K. Jana, M. Mitra, “CPW-fed triple-band circularly polarized printed inverted C-shaped monopole antenna with closed-loop and two semi-hexagonal notches on ground plane,” in Optical and Wireless Technologies, Singapore: Springer, 2020, pp. 161–175.

N. T. and I. A. O. of S. Management, “Federal Spectrum Use Summary, 30 MHz – 3000 GHz,” 2010. uri: https://www.ntia.doc.gov/files/ntia/Spectrum_Use_Summary_Master-06212010.pdf.

NASA, “Spectrum 101 An Introduction to National Aeronautics and Space Administration Spectrum Management,” 2016. uri: https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/spectrum_101.pdf.

FCC, “Expanding Flexible Use in Mid-Band Spectrum Between 3.7 and 24 GHz,” 2017. uri: https://www.fcc.gov/document/fcc-expands-flexible-use-mid-band-spectrum.

T. T. Le, H. C. Park, “Very simple circularly polarised printed patch antenna with enhanced bandwidth,” Electron. Lett., vol. 50, no. 25, pp. 1896–1898, 2014, doi: https://doi.org/10.1049/el.2014.2963.

C. A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design. New Jersey: Wiley, 2016, uri: https://www.wiley.com/en-us/Antenna+Theory%3A+Analysis+and+Design%2C+4th+Edition-p-9781118642061.

G. Kumar, K. P. Ray, Broadband Microstrip Antennas. Boston, MA and London, UK: Artech House, 2002.

S. S. Gao, Q. Luo, F. Zhu, Circularly Polarized Antennas. Wiley-IEEE Press, 2014, uri: https://www.wiley.com/en-us/Circularly+Polarized+Antennas-p-9781118374412.

R. Dhara, M. Mitra, “A triple-band circularly polarized annular ring antenna with asymmetric ground plane for wireless applications,” Eng. Reports, vol. 2, no. 4, p. 0, 2020, doi: https://doi.org/10.1002/eng2.12150.

Моделированное распределение тока на частоте 8,32 ГГц

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-05-16 — Оновлено 2021-03-30

Як цитувати

Дхара, Р., & Кунду, Т. (2021). Компактная печатная зеркальная y-образная двухдиапазонная несимметричная вибраторная антенна круговой поляризации с усеченным экраном. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(3), 146–163. https://doi.org/10.20535/S002134702103002X

Номер

Том 64 № 3 (2021)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.