طراحی یک آنتن دو بیمی سر-آتش با استفاده از ساختار متامتریالی پیشنهادی جهت استفاده در کاربردهای MIMO در باند فرکانسی 60 گیگاهرتز

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 9، دوره 13، شماره 49، خرداد 1401، صفحه 121-132   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

نرگس ملک پور¹؛ محمدامین هنرور^{* 2}

¹دانشکده مهندسی برق- واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

²مرکز تحقیقات پردازش دیجیتال و بینایی ماشین- واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

چکیده

در این مقاله، یک آنتن پاپیونی سر-آتش دو بیمی در باند فرکانسی موج میلیمتری (57-64 گیگاهرتز) طراحی شده است. به­طوری­که با معرفی یک ساختار جدید در چینش تیغه­های متامتریالی پیشنهادی در صفحه­ افقی آنتن پاپیونی، دو بیم در 60 و 120 درجه تولید ­می­شود. آنتن پیشنهاد شده از یک آرایه 2×3 از سلول­های متامتریالی، که منجر به افزایش بهره و همچنین تولید دو بیم می­شود، تشکیل شده است. برای تولید دو بیم در صفحه­ E-planeتیغه­های متامتریالی نسبت به محور آنتن با زاویه­ی 15 درجه کج شده و در مقابل آنتن پاپیونی جاسازی شده­اند. این تک­سلولی­ها، قابلیت ایجاد دو تشدید را داشته که می­توانند در راستای بهبود بهره در یک باند فرکانسی وسیع، نقش شایانی را ایفا نمایند. پرتوهای اصلی آنتن در صفحه­ E-planeدر 60 و 120 درجه دارای بهره­ی 5/9 دی­سیبل در فرکانس 60 گیگاهرتز است.طرح نهایی آنتن پیشنهادی، شبیه­سازی و با تحلیل­های پارامتری، مناسب­ترین ساختار علیرغم حفظ سایر مشخصه­های تشعشعی و ساختاری آنتن ارائه گردیده است.

کلیدواژه‌ها

آنتن با بهره‌ی بالا؛ آنتن دو بیمی؛ آنتن سر-آتش؛ تک سلولی متامتریالی ENZ؛ موج میلیمتری

مراجع

[1] S. Kirthiga, M. Jayakumar, "Performance of dual beam MIMO for millimeter wave indoor communication systems", Springer Wireless Personal Communications, no. 1, pp. 289–307, 2014 (doi:10.1007/s11277-013-1506-0).

[2] K. Li, M.I. Ingram, E.O. Rausch., "Multi beam antennas for indoor wireless communications", IEEE Trans. on Communications, vol. 50, no. 2, pp. 192-194, Feb. 2002 (doi: 10.1109/26.983314).

[3] J. Du, E. Onaran, D. Chizhik, S. Venkatesan, R.A. Valenzuela., "Gbps user rates using mm wave relayed backhaul with high gain antennas", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 35, no. 6, pp. 1363-1372, June 2017 (doi: 10.1109/JSAC.2017.2686578).

[4] A. Dadgarpour, M.S. Sorkherizi, T.A. Denidni, A.A. Kishk., "Passive beam switching and dual-beam radiation slot antenna loaded with ENZ medium and excited through ridge gap waveguide at millimeter-waves",IEEE  Trans. on Antennas Propagation, vol. 65, no. 1, pp. 92-102, Jan. 2017 (doi: 10.11­09/T­AP.2­016­.2631140).

[5] A. Dadgarpour, B. Zarghooni, B.S. Virdee, T.A. Denidni, "Beam deflection using gradient refractive index media for 60 GHz end-fire antenna", IEEE Trans. on Antennas Propagation, vol. 63, pp.3768–3774, Aug. 2015 (doi: 10.1109/TAP.2015.2438396).

[6] S.G. Kim, K. Chang, "Independently controllable dual-feed dual-beam phased array using piezoelectric transducers", IEEE Antennas Wireless Propagation Letters, vol. 1, pp. 81–83, 2002 (doi: 10.1109/LAW­P.20­02.­8­02551).

[7] W. Cao, W. Hong, Z.N. Chen, B. Zhang, A. Liu., "Gain enhancement of beam scanning substrate integrated waveguide slot array antennas using a phase-correcting grating cover", IEEE  Trans. on Antennas Propag­at­io­n, vol. 62, pp. 4584–4591, 2014 (doi: 10.1109/TAP.2014.2333058).

[8] K. Hosoya, N. Prasad, K. Ramachandran, N. Orihashi, S. Kishimoto, S. Rampath, K. Maruhashi., "Multiple sector ID capture (MIDC): A novel beamforming technique for 60 GHz band multi-Gbps WLAN/PAN systems", IEEE  Trans. on Antennas Propagation, vol. 81, no.1, pp. 81–96, 2015 (doi: 10.1109/TAP.­201­4.2­365­209).

[9] N. Malekpour, M.A. Honarvar, A. Dadgarpour, B.S. Virdee, T.A. Denidni, "Compact UWB mimo antenna with band-notched characteristic", Microwave and Optimal  Technology Letters, vol. 59, pp. 1037-1041, 2017 (doi: 10.1002/mop.30462).

[10] Z.L. Ma, L.J. Jiang, "One-dimensional triple periodic dual-beam microstrip leaky-wave antenna", IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 14, pp. 390-393, 2015 (doi:10.1109/LAWP.2014.2365394).

[11] A. Khidre, K.F. Lee, A.Z. Elsherbeni, F. Yang., "Wide band dual-beam u-slot microstrip antenna", IEEE Trans. on Antennas Propagation, vol. 61, no. 3, pp. 1415–1418, 2013 (doi: 10.1109/TAP.2012.2228617).

[12] S. Liu, F. S. Qi, W. Wu, D.G. Fang., "Single-feed dual-band single/dual-beam U-slot antenna for wireless communication application", IEEE  Trans. on Antennas Propagation, vol. 63,pp. 3759 - 3764, 2015 (doi: 10.1109/TAP.2015.2438331).

[13] Y.Y. Bai, S. Xiao, M.C. Tang, Z.F. Ding, B.Z. Wang, "Wide-angle scanning phased array with pattern reconfigurable elements", IEEE  Trans. on Antennas Propagation, vol. 59, no. 11, pp. 4071-4076, Nov. 2011 (doi: 10.1109/TAP.2011.2164176).

[14] P. Xie, G. Wang, H. Li, T. Wen, X. Kong., "Frequency reconfigurable quasi-yagi antenna with a novel balun loading four PIN diodes", Frequenz, vol. 72, no. 5-6, pp. 189–195, 2018 (doi: 10.1515/freq-2016-0372).

[15] Z. Liang, W, Qun, T.A. Denidni, "Electronically radiation pattern steerable antennas using active frequency selective surfaces", IEEE  Trans. on Antennas Propagation, vol. 61, no. 12, pp. 6000-6007, 2013 (doi: 10.1109/­T­AP.201­3.2282921).

[16] Chang won Jung, Ming-jer Lee, G. P. Li and F. De Flaviis., "Reconfigurable scan-beam single-arm spiral antenna integrated with RF-MEMS switches", IEEE  Trans. on Antennas Propagation, vol. 54, no. 2, pp. 455-463, 2006 (doi: 10.1109/TAP.2005.863407).

[17] A.A. Eldek, A.Z. Elsherbeni, C.E. Smith., "Wide-band modified printed bow-tie antenna with single and dual polarization for C– and X-band applications", IEEE  Trans. on Antennas Propagation, vol. 53, no. 9, pp. 3067-3072, 2005 (doi: 10.1109/TAP.2005.851870).

[18] Y. Hao, Z. Kuang, D. Xumin, W. Qun, "A dual-beam leaky-wave antenna based on squarely modulated reactance surface", Applied Sciiences, vol. 10, no. 962, 2020 (doi:10.3390/app1003­0962).

[19] Z. Wani, M.P. Abegaonkar, S.K. Koul, "Dual-beam antenna using routing of electromagnetic waves by single-epsilon-high anisotropic medium at 28-GHz", IEEE  Trans. on Antennas Propagation, vol. 68, no. 1, pp.142-151, 2019 (doi: 10.1109/TAP.2019.2938793).

[20] A. Dadgarpour, A.A. Kishk, T.A. Denidni, "Dual band high-gain antenna with beam switching capability", IET Microwaves, Antennas and Propagation. Vol. 11, no.15, pp. 2155-2161, 2017 (doi: 10.1049/iet-ma­p.2­0­1­7.0294).

[21] J. Tan, W. Jiang, S. Gong, T. Cheng, J. Ren, K. Zhang, "Design of a dual-beam cavity-backed patch antenna for future fifth generation wireless networks", Antennas Propagation IET Microwaves, vol. 12, no. 10, pp. 1700–1703, 2018 (doi: 10.1049/iet-map.2018.0085).