Широкополосная неоднородная линза с конической диаграммой направленности.

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 12907 (2023) Цитировать эту статью

222 доступа

Подробности о метриках

В этой рукописи представлена ​​линзовая антенна с одновременным поперечным и коническим лучами. Объектив разработан для Ku-диапазона методом вставки лучей. Предлагаемая коническая диаграмма направленности является широкополосной благодаря хорошему согласованию с источником и окружением. Моделирование проводится с использованием решателя микроволновой студии CST. Вместо антенн сложной формы, используемых в других работах, в качестве источника питания линзы используются простое круглое патч-кольцо и радиочастотный разъем для создания широкополосной и всенаправленной конической диаграммы направленности соответственно. Чтобы проверить работоспособность спроектированной линзы и ее двухпортовой фидерной антенны, конструкция линзы реализована и изготовлена ​​с использованием метода 3D-печати. В этой работе для изготовления линзы использован пластиковый материал полиэтилентерефталатгликоль (PETG). Электромагнитные характеристики ПЭТГ в Ku-диапазоне точно измерены. Результаты моделирования и экспериментов демонстрируют хорошие характеристики разработанного объектива в широкой полосе частот. Преимуществом разработанной конструкции перед другими работами является ее высокий коэффициент усиления и широкая полоса пропускания.

Высокоскоростная беспроводная передача данных необходима для многих приложений, в которых используются сверхширокополосные антенны с высоким коэффициентом усиления. В последние годы антенны с конической диаграммой направленности использовались в различных приложениях, таких как высокоскоростная передача данных, автомобилестроение, подавитель боковых лепестков в радарах, медицинское зондирование, спутниковый прием и мобильная связь1,2,3,4,5,6, 7. Коническая диаграмма направленности луча полезна для приложений, независимых от горизонтальной всенаправленной диаграммы направленности, поскольку обеспечивает наилучшее соотношение производительности и стоимости, например, в системах спутникового слежения4,8. В последнее время некоторые исследования были сосредоточены на диапазоне частот Ku-диапазона для высокочастотных систем связи9. Системы с двумя широкими и коническими лучами были разработаны с одновременным10 или переключаемым питанием11 антеннами. Чтобы повысить надежность системы связи, в приемопередатчике можно использовать антенны с разнесением диаграмм направленности12,13.

Недавно были предложены различные методы проектирования широкополосной антенны с конической диаграммой направленности, такие как некоторые формы плоского монополя14,15,16, круговая заплатка из микрополосковых подложек17, коаксиальный волновод с открытым концом18, преобразование мод в круглом волноводе19 и радиально решетчатая щелевая антенна10,20. Различные резонансные моды круглых патч-антенн могут возбуждаться для излучения широкополосных и конических диаграмм направленности21,22. Использование двух отдельных портов с разными режимами излучения для одной патч-антенны является еще одним методом обеспечения разнесения диаграмм направленности23.

Существует несколько способов получить антенну с широкополосным лучом излучения и высокой направленностью. Плоские передающие и отражающие решетки, разработанные на основе частотно-селективных поверхностей (FSS)24,25 или гомогенных26 и неоднородных27 диэлектриков, являются некоторыми методами достижения диаграмм направленности с высоким коэффициентом усиления. Сложность конструкции, ограниченная пропускная способность и реализация нескольких отдельных слоев являются одними из основных недостатков методов, основанных на метаматериалах. В последние годы было внедрено несколько методов улучшения характеристик структур из метаматериалов. Оптимальная производительность и простота производственных процессов являются одними из преимуществ структур из метаматериалов28,29. Вводит отдельные фазовые профили в двух каналах с сохранением круговой поляризации, что позволяет получать отдельные голографические изображения в двух полях с сохранением поляризации с разными расстояниями распространения. Он состоит из пяти металлических слоев, разделенных четырьмя диэлектрическими слоями, и является пассивным, без потерь и взаимным. Диэлектрические линзы являются еще одним подходящим вариантом для коллимации луча источника питания в переднем направлении или формирования желаемой диаграммы направленности30,31,32,33.