طراحی و شبیه‌سازی آنتن شیپوری ESIW صفحه H با بهره بالا و پهنای باند بهبودیافته
الموضوعات :
سید حسین حقیرالسادات
1
,
محمدحسن نشاطي
2
1 - دانشگاه فردوسی،گروه مهندسی برق
2 - دانشگاه فردوسی مشهد،گروه مهندسی برق
الکلمات المفتاحية: آنتن شیپوری, موجبر مجتمع‌شده در زیرلایه, شكاف تشعشعی, شکاف غیر تشعشعی, صفحه بازتابنده,
ملخص المقالة :
در این مقاله با استفاده از شکاف تشعشعی، الگوی تابشی آنتن شیپوری SIW صفحه H با کاهش پهنای پرتو نیم‌توان در صفحه E بهبود یافته است. این شکاف‌ها می‌توانند علاوه بر حفظ ابعاد ساختار، تأثیر بسزایی بر روی مشخصات آنتن داشته باشند. قرارگرفتن صفحه بازتابنده در فواصل مناسبی از دهانه و شکاف‌ها نیز منجر به بهبود سطح پرتوهای فرعی و تشعشع آنتن در جهت معکوس می‌شود. سپس برای بهبود تطبیق امپدانس و افزایش پهنای باند امپدانسی آنتن، دی‌الکتریک ساختار به طور کامل حذف گردیده و شکاف‌های غیر تشعشعی در صفحه‌های بالا و پایین به آنتن اضافه می‌شوند. حذف عایق باعث افزایش پهنای باند آنتن نسبت به پهنای باند آنتن معمولی شیپوری SIW شده و اضافه‌کردن شکاف‌های تشعشعی، بهره آنتن را نیز بهبود قابل ملاحظه‌ای می‌دهد. نتایج حاصل از شبیه‌سازی نشان می‌دهند که آنتن پیشنهادی این مقاله، محدوده فرکانسی GHz 2/27 تا GHz 3/28 را پوشش داده و بهره آن نیز در این بازه بین dBi 1/10 تا dBi 3/15 با بازده تشعشعی 98% تغییر می‌کند. در انتها به منظور افزایش بهره آنتن، یک آرایه دوبعدی از آنتن پیشنهادی در صفحه H با ساختار تغذیه مناسب طراحی شده است.
[1] G. Q. Luo, W. Hong, et al., "Dualband frequency selective surfaces using substrate integrated waveguide technology," IET Microw. Antennas and Propag., vol. 1, no. 2, pp. 408-413, Apr. 2007.
[2] B. Liu, W. Hong, and Z. Kuai, "Substrate integrated waveguide (SIW) monopulse slot antenna array," IEEE Trans. Antenna Propag., vol. 57, no. 1, pp. 275-279, Jan. 2009.
[3] S. H. Haghirosadat, Design and Simulation of H-Plane Horn Antenna Using Empty Substrate Integrated Waveguide Technology to Improve Radiation Characteristics, MSc. Disertation Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran, 2020.
[4] A. Belenguer, H. Estebanm, A. L. Borja, and V. E. Boria, "Empty SIW technologies," IEEE Microwave Magazine, vol. 20, no. 3, pp. 24-45, Mar. 2019.
[5] A. Belenguer, H. Eseban, and V. E. Boria, "Novel empty substrate integrated waveguide for high-performance microwave integrated circuits," IEEE Trans. Microw. Theory Techn., vol. 62, no. 4, pp. 832-839, Apr. 2014.
[6] A. A. Khan, M. K. Mandal, and R. Shaw, "Compact and wideband SMA connector to empty substrate integrated waveguide (ESIW) transition," in Proc. IEEE Int. Microwave and RF Conf. , IMaRC’15, pp. 246-248, Hyderabad, India, 10-12 Dec. 2015.
[7] C. A. Balanis, Antenna Theory Analysis and Design, 4 ed, Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, 2016.
[8] A. Kumar, N. Muchhal, A. Chakraborty, and S. Srivastava, "Analysis of empty substrate integrate waveguide H-plane horn antenna for K band application," In: Rawat, B., Trivedi, A., Manhas, S., Karwal, V. (eds) Advances in Signal Processing and Communication . Lecture Notes in Electrical Engineering, vol. 526, pp. 95-106, Springer, Singapore, 2019.
[9] Z. Qi, X. Li, J. Xiao, and H. Zhu, "Dielectric-slab-loaded hollow substrate-integrated-waveguide H-plane horn antenna array at Ka-band," IEEE Antenna and Wireless Propagation Letters, vol. 18, no. 9, pp. 1751-1755, Sept.. 2019.
[10] H. Jamshidi-Zarmehri and M. H. Neshati, "Design and development of high-gain SIW H-plane horn antenna loaded with waveguide, dipole array, and reflector nails using thin substrate," IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. 67, no. 4, pp. 2813-2818, Apr. 2019.
[11] S. H. Haghirosadat and M. H. Neshati, "Development a wideband ESIW H-plane horn antenna with improved radiation performance," in Proc. 28th Iranian Conf. on Electrical Engineering, ICEE’20, 5 pp., Tabriz, Iran, 4-6 Aug. 2020.
[12] M. M. Paraastoo, S. Mohammad-AliNezhad, and S. Saviz, "Field-matching at the compact SIW horn antenna aperture using genetic algorithm," Int J. Numer Model El, vol. 33, no. 5, pp. 1-10, Sept. 2020.
[13] E. Rahimi and M. H. Neshati, "Development of an enhanced substrate integrated waveguide H-plane horn antenna using thin substrate," IJE Trans. B: Applications, vol. 29, no. 8, pp. 1062-1067, Aug. 2016.
[14] F. Ishihara and S. Iiguch, "Equivalent characteristic impedance formula of waveguide and its applications," Electrical and Communications in Japan, vol. 75, no. 5, pp. 54-66, Jan. 1992.
[15] Y. Cai, Y. Zhang, and L. Wang, "Design of compact air-vias perforated SIW horn antenna with partially detached broad walls," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 64, no. 6, pp. 2100-2107, Jun. 2016.
[16] M. Reshadatmand, H. R. Hassani, and S. M. A. Nezhad, "A compact wideband dielectric loaded H-plane sectoral ridged SIW horn antenna," Advanced Electromagnetics, vol. 9, no. 2, pp. 1-6, 28 Aug. 2020.
[17] Y. Yin, B. Zarghooni, and K. Wu, "A compact substrate integrated waveguide circularly polarized horn antenna" in ¬Proc. IEEE Int. Symp. on Antennas and Propagation, ISAP’16, pp. 394-395, Okinawa, Japan, 24-28 Oct. 2016.
[18] H. Kumar and G. Kumar, "Cavity backed substrate integrated waveguide horn antenna with enhanced gain for 5G applications," in Proc. IEEE Indian Conf. on Antennas and Propogation, InCAP’18, 4 pp., Hyderabad, India, 16-19 Dec. 2018.
