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

Авторы

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

DOI:

https://doi.org/10.20535/S002134702103002X

Ключевые слова:

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

Аннотация

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.

Библиографические ссылки

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

Опубликован

2021-05-16 — Обновлена 2021-03-30

Как цитировать

Дхара, Р., & Кунду, Т. (2021). Компактная печатная зеркальная y-образная двухдиапазонная несимметричная вибраторная антенна круговой поляризации с усеченным экраном. Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника, 64(3), 146–163. https://doi.org/10.20535/S002134702103002X

Выпуск

Раздел

Оригинальные статьи