Останні розробки мікросмужкових патч-антен з вбудованими метаматеріалами для бездротових застосувань (огляд)

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S002134702408003X

Ключові слова:

патч-антена, метаматеріал, MTM, метаповерхня, MTS, мініатюризація, структура з дефектами площини заземлення, DGS, MIMO, система, що має багато входів і багато виходів, роз’вязка променів

Анотація

Метаматеріали — це штучні структури, упорядковані в однорідний спосіб. Вони проявляють властивості електромагнітних хвиль, які не виявлені в природних матеріалах. Ці матеріали відіграють важливу роль у розвитку та застосуванні новітніх трендових технологій. Видатні характеристики метаматеріалів МТМ (MeTaMaterial) полягають у підвищенні ефективності роботи антени з точки зору коефіцієнта підсилення, пропускної здатності, ефективності та генерації сигналів у багатьох смугах. Ці матеріали також допоможуть покращити розв’язку в MIMO антенах. Отже, МТМ, що вбудовується в патч-антену, підвищує робочі характеристики антени. У цій статті представлено огляд останніх досягнень у галузі метаматеріалів і метаповерхонь для проектування скорочених антен, підвищення коефіцієнта підсилення у смузі пропускання, методів покращення розв’язки, мініатюризації та розв’язки променів. Метаповерхні MTS (MeTaSurface) є частиною метаматеріалів, які мають однорідну/неоднорідну структуру упорядкування. Структури MTS зменшують поверхневий розподіл струму і покращують характеристики антени на основі розташування структур MTS. На сьогоднішній день існує попит на широкосмуговий багатодіапазонний зв’язок, високу швидкість передачі даних, і роз’вязку променів для покриття всього регіону, що підтримується зв’язком 5G, для надання якісних послуг користувачам. Таким чином, структури МТМ і МТS відіграють важливу роль у розробці такого типу антен, щоб відповідати викликам сьогодення і майбутніх поколінь телекомунікаційних систем.

Посилання

  1. T. Z. Fadhil, N. A. Murad, M. K. A. Rahim, M. R. Hamid, L. O. Nur, “A beam-split metasurface antenna for 5G applications,” IEEE Access, vol. 10, pp. 1162–1174, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3137324.
  2. C. Milias et al., “Metamaterial-inspired antennas: a review of the state of the art and future design challenges,” IEEE Access, vol. 9, pp. 89846–89865, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3091479.
  3. C. Arora, S. S. Pattnaik, R. N. Baral, “Performance enhancement of patch antenna array for 5.8 GHz Wi-MAX applications using metamaterial inspired technique,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 79, pp. 124–131, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2017.05.045.
  4. М. А. Козачук, В. І. Найденко, Ф. Ф. Дубровка, “Ультраширокосмугова планарна щілинна антена з модифікованою топологією і двосторонньою металізацією,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 65, no. 10, pp. 635–643, 2023, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347022120068.
  5. Ф. Ф. Дубровка, С. И. Пильтяй, “Сверхширокополосная СВЧ биконическая антенна с высоким усилением для двухдиапазонных систем кругового радиомониторинга,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 63, no. 12, pp. 730–745, 2020, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347020120018.
  6. Ф. Ф. Дубровка, В. Н. Глушенко, Г. А. Ена, П. Я. Степаненко, В. М. Терещенко, “Сверхширокополосные рупорные антенны со значительным различием ширин диаграмм направленности в E- и H- плоскостях,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 50, no. 1, pp. 73–80, 2007, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347007010098.
  7. Ф. Ф. Дубровка, В. И. Гузь, С. Е. Мартынюк, Д. А. Василенко, А. А. Зайцев, “Сверхширокополосная антенная решетка на основе 8х8 профилированных щелевых излучателей,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 53, no. 11, pp. 19–28, 2010, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347010110026.
  8. Rashmi, A. Kumar, K. Saraswat, A. Kumar, “Wideband circularly polarized parasitic patches loaded coplanar waveguide-fed square slot antenna with grounded strips and slots for wireless communication systems,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 114, p. 153011, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2019.153011.
  9. S. Abdullah, G. Xiao, R. E. Amaya, “A review on the history and current literature of metamaterials and its applications to antennas & radio frequency identification (RFID) devices,” IEEE J. Radio Freq. Identif., vol. 5, no. 4, pp. 427–445, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/JRFID.2021.3091962.
  10. B. A. F. Esmail, S. Koziel, S. Szczepanski, “Overview of planar antenna loading metamaterials for gain performance enhancement: the two decades of progress,” IEEE Access, vol. 10, pp. 27381–27403, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3157634.
  11. C. Cheng, Y. Lu, D. Zhang, F. Ruan, G. Li, “Gain enhancement of terahertz patch antennas by coating epsilon-near-zero metamaterials,” Superlattices Microstruct., vol. 139, p. 106390, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.spmi.2020.106390.
  12. A. K. Singh, M. P. Abegaonkar, S. K. Koul, Metamaterials for Antenna Applications. Boca Raton: CRC Press, 2021, doi: https://doi.org/10.1201/9781003045885.
  13. S. Painam, C. Bhuma, “Miniaturizing a microstrip antenna using metamaterials and metasurfaces [antenna applications corner],” IEEE Antennas Propag. Mag., vol. 61, no. 1, pp. 91–135, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/MAP.2018.2883018.
  14. M. Venkateswara Rao, B. T. P. Madhav, T. Anilkumar, B. Prudhvi Nadh, “Metamaterial inspired quad band circularly polarized antenna for WLAN/ISM/Bluetooth/WiMAX and satellite communication applications,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 97, pp. 229–241, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2018.10.018.
  15. M. Aminu-Baba et al., “A compact triband miniaturized MIMO antenna for WLAN applications,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 136, p. 153767, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2021.153767.
  16. A. Boukarkar, X. Q. Lin, Y. Jiang, Y. Q. Yu, “Miniaturized single-feed multiband patch antennas,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 65, no. 2, pp. 850–854, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2016.2632620.
  17. A. Bakhtiari, “Investigation of enhanced gain miniaturized patch antenna using near zero index metamaterial structure characteristics,” IETE J. Res., vol. 68, no. 2, pp. 1312–1319, 2022, doi: https://doi.org/10.1080/03772063.2019.1644973.
  18. D. Gangwar, S. Das, R. L. Yadava, “Gain enhancement of microstrip patch antenna loaded with split ring resonator based relative permeability near zero as superstrate,” Wirel. Pers. Commun., vol. 96, no. 2, pp. 2389–2399, 2017, doi: https://doi.org/10.1007/s11277-017-4303-3.
  19. K. K. Naik, M. Suman, E. V. K. Rao, “Design of complementary split ring resonators on elliptical patch antenna with enhanced gain for terahertz applications,” Optik, vol. 243, p. 167434, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2021.167434.
  20. N. Rajak, N. Chattoraj, R. Mark, “Metamaterial cell inspired high gain multiband antenna for wireless applications,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 109, pp. 23–30, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2019.07.003.
  21. E. Zhou, Y. Cheng, F. Chen, H. Luo, “Wideband and high-gain patch antenna with reflective focusing metasurface,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 134, p. 153709, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2021.153709.
  22. D. Mitra, B. Ghosh, A. Sarkhel, S. R. Bhadra Chaudhuri, “A miniaturized ring slot antenna design with enhanced radiation characteristics,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 64, no. 1, pp. 300–305, 2016, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2015.2496628.
  23. M. Ameen, R. K. Chaudhary, “Compact radiator antenna: A new approach to enhance the bandwidth using ENG-TL and C-CSRR mushroom meta-resonator,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 134, p. 153697, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2021.153697.
  24. T. Ali, A. W. Mohammad Saadh, R. C. Biradar, J. Anguera, A. Andújar, “A miniaturized metamaterial slot antenna for wireless applications,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 82, pp. 368–382, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2017.10.005.
  25. Saktioto et al., “Improvement of low-profile microstrip antenna performance by hexagonal-shaped SRR structure with DNG metamaterial characteristic as UWB application,” Alexandria Eng. J., vol. 61, no. 6, pp. 4241–4252, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.aej.2021.09.048.
  26. M. Ameen, A. Mishra, R. K. Chaudhary, “Asymmetric CPW-fed electrically small metamaterial- inspired wideband antenna for 3.3/3.5/5.5 GHz WiMAX and 5.2/5.8 GHz WLAN applications,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 119, p. 153177, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2020.153177.
  27. H. Sakli, C. Abdelhamid, C. Essid, N. Sakli, “Metamaterial-based antenna performance enhancement for MIMO system applications,” IEEE Access, vol. 9, pp. 38546–38556, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3063630.
  28. C. Milias et al., “Miniaturized multiband metamaterial antennas with dual-band isolation enhancement,” IEEE Access, vol. 10, pp. 64952–64964, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3183800.
  29. K. N. Raju, A. Kavitha, K. C. Sekhar, “Design and performance analysis of miniaturized dual-band micro-strip antenna loaded with double negative meta-materials,” Microsyst. Technol., vol. 29, no. 7, pp. 1029–1038, 2023, doi: https://doi.org/10.1007/s00542-023-05494-x.
  30. O. Sushko, S. Piltyay, F. Dubrovka, “Symmetrically Fed 1-10 GHz Log-Periodic Dipole Antenna Array Feed for Reflector Antennas,” in 2020 IEEE Ukrainian Microwave Week, UkrMW 2020 - Proceedings, 2020, pp. 222–225, doi: https://doi.org/10.1109/UkrMW49653.2020.9252778.
  31. K. Raju, A. Kavitha, “Linear phased metamaterial incorporated patch antenna array at 28 GHz for 5G base stations,” Proc. Bulg. Acad. Sci., vol. 77, no. 2, 2024, doi: https://doi.org/10.7546/CRABS.2024.02.10.
  32. N. Sharma, S. S. Bhatia, “Metamaterial inspired fidget spinner-shaped antenna based on parasitic split ring resonator for multi-standard wireless applications,” J. Electromagn. Waves Appl., vol. 34, no. 10, pp. 1471–1490, 2020, doi: https://doi.org/10.1080/09205071.2019.1654412.
  33. V. Sharma, N. Lakwar, N. Kumar, T. Garg, “Multiband low‐cost fractal antenna based on parasitic split ring resonators,” IET Microwaves, Antennas Propag., vol. 12, no. 6, pp. 913–919, 2018, doi: https://doi.org/10.1049/iet-map.2017.0623.
  34. S. Guthi, V. Damera, “High gain and broadband circularly polarized antenna using metasurface and CPW fed L-shaped aperture,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 146, p. 154109, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2022.154109.
Метаматеріал у «суперстраті» (superstrate)

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-08-26

Як цитувати

Гатрам, М., & Карумурі, Р. (2024). Останні розробки мікросмужкових патч-антен з вбудованими метаматеріалами для бездротових застосувань (огляд). Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 67(8), 439–451. https://doi.org/10.20535/S002134702408003X

Номер

Том 67 № 8 (2024)

Розділ

Оглядові статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

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.