آنتن دایپل مغناطیسی-الکتریکی با پلاریزاسیون دوگانه با استفاده از صفحات فلزی برای کاربردهای مخابراتی تلفن همراه

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 14، دوره 13، شماره 52، اسفند 1401، صفحه 121-131   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

فرشاد قائدی؛ جاسم جمالی^* ؛ مهدی تقی زاده

دانشکده مهندسی برق- واحد کازرون، دانشگاه آزاد اسلامی، کازرون، ایران

چکیده

در این مقاله، طراحی جدیدی از آنتن‌های ایستگاه پایه (BTS) با پلاریزاسیون دوگانه، پهنای‌باند وسیع، ساختار ساده و عملکرد بالا برای کاربرد‌های LTE700/GSM850/GSM900 معرفی شده است. آنتن BTS پیشنهادی در این مقاله شامل چهار دایپل مغناطیسی-الکتریکی  (MED)است که با یک آرایش مربعی برای ایجاد پلاریزاسیون مورب 45± درجه در کنار هم قرار گرفته‌اند. هر کدام از MEDها شامل یک ساختار تغذیه به شکلΓ ، یک دایپل مغناطیسی، یک دایپل الکتریکی، یک رزوناتور فلزی و یک بازتابنده استوانه‌ای شکل است. در این طراحی، دایپل الکتریکی، از سه قسمت فلزی به همراه یک شکاف تشکیل یافته است. تنظیم ابعاد این قطعات هادی و صفحه رزوناتور باعث افزایش پهنای باند امپدانسی آنتن می‌شود. همچنین، بازتابنده استوانه‌ای شکل، بهره آنتن را افزایش داده و نقش قابل توجه‌ای در تثبیت پترن تشعشعی آنتن ایفا می‌کند. نتایج آزمایشگاهی نشان می‌دهند که این آنتن دارای پهنای‌باند فرکانسی 1/38 درصد (8/1008-2/686 مگاهرتز) با معیار |S11| کمتر از 15- دسی­بل، بیشینه بهره 45/11 دسی­بل، سطح پلاریزاسیون متقاطع پایین و پهنای ‌بیم نصف توان (HPBW) تقریباً 4/60، 7/64 و 8/66 درجه به­ترتیب در فرکانس‌های 700، 8500 و 900 مگاهرتز است. به این ترتیب می‌توان نتیجه گرفت که آنتن فوق برای سیستم‌های شبکه تلفن همراه می‌تواند قابل استفاده باشد.

کلیدواژه‌ها

آنتن پهن‌باند؛ آنتن دایپل مغناطیسی-الکتریکی؛ پلاریزاسیون دوگانه؛ کاربردهای ایستگاه پایه موبایل

مراجع

[1] W.L. Stutzman, G.A. Thiele, “Antenna theory and design”, 3^th Ed. New York, NY, USA: Wiley, 2012.

[2] K.L. Wong, Compact, and broadband microstrip antennas. Hoboken, NJ, USA: Wiley, 2002.

[3] Z. Liu, J. Liu, Z. Liu, Y. Zhang, X. Zhang, “A novel dual-band and high-gain antenna for 2G/3G base station”, Progress in Electromagnetics Research Letters, vol. 54, pp. 1–6, June 2015 (doi: 0.2528/PIERL15042304).

[4] Y. Cui, R. Li, and P. Wang, “Novel dual-broadband planar antenna and its array for 2G/3G/LTE base stations”, IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. 61, no. 3, pp. 1132–1139, Mar. 2013 (doi: 10.1109/TAP­.2012.­2229377).

[5] G. Cui, S.G. Zhou, S.X. Gong, Y. Liu, “A compact dual-polarized antenna for base station application”, Progress in Electromagnetics Research Letters, vol. 59, pp. 7–19, 2016 (doi: 10.2528/PIERC16040206).

[6] Y. Wang, Z. Du, “Dual-polarized dual-band microstrip antenna with similar-shaped radiation pattern”, IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. 63, no. 12, pp. 5923–5928, Dec. 2015 (doi: 10.110­9/TAP­.20­15.­2­48­7­520).

[7] M. Kaboli, M.S. Abrishamian, S.A. Mirtaheri, S.M. Aboutorab, “High-isolation XX-polar antenna”, IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. 60, no. 9, pp. 4046–4055, Sept. 2012 (doi: 10.1109/TA­P.201­2.22­07­059).

[8] Y. Wang and Z. Du, “Dual-polarized dual-band microstrip antenna with similar-shaped radiation pattern,” IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. 63, no. 12, pp. 5923–5928, Dec. 2015 (doi: 10.1109/TA­P.20­15.2­487520).

[9] H. Huang, Y. Liu, S. Gong, “A novel dual-broadband and dual-polarized antenna for 2G/3G/LTE base stations”, IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. 64, no. 9, pp. 4113–4118, Sept. 2016 (doi: 10.1109/TAP.2016.2589966).

[10] Y. He, Z. Pan, X. Cheng, Y. He, J. Qiao, M.M. Tentzeris, “A novel dual-band, dual-polarized, miniaturized and low-profile base station antenna”, IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. 63, no. 12, pp. 5399–5408, Dec. 2015 (doi: 10.1109/TAP.2015.2481488).

[11] D. Samb, Z. Wu, M. Liu, H.B. Jie, “Development of ultra-broadband base station antenna for all mainstream lte 700/800/900 mhz frequency bands”, International Journal of Antennas and Propagation, vol. 2014, Article ID 201914, pp. 1–10, 2014 (doi: 10.1155/2014/201914).

[12] F. Ghaedi, J. Jamali, M. Taghizadeh, “A wideband dual-polarized antenna using magneto-electric dipoles for base station applications”, AEU- International Journal of Electronics and Communications, vol. 126, Article Number: 153395, Nov. 2020 (doi: 10.1016/j.aeue.2020.153395).

[13] L. Cai, H. Wong, K.F. Tong, “A simple low-profile coaxially-fed magneto-electric dipole antenna without slot-cavity”, IEEE Open Journal of Antennas and Propagation, vol. 1, pp. 233–238, 2020 (doi: 10.1109/ojap.2020.2997816).

[14] B. Feng, K.L. Chung, J. Lai, Q. Zeng, “A conformal magneto-electric dipole antenna with wide h-plane and band-notch radiation characteristics for Sub-6-GHz 5G base-station”, IEEE Access, vol. 7, pp. 17469–17479, 2019 (doi: 10.1109/ACCESS.2019.2896356).

[15] C. Zhu, B. Wang, W. Luo, H. Hao, P. Wang, “Dual‐wideband dual‐polarised magnetoelectric dipole antenna for 4G/5G microcell base station”, Electronics Letters, vol. 56, no. 6, pp. 269–271, March 2020 (doi: 10.1049/el.2019.3535).

[16] Q. Li, H. Zhu, X. Li, Q. Li, “A compact broad E-plane beamwidth magneto-electric dipole antenna array for UWB application”, Electromagnetics, vol. 39, no. 2, pp. 80–88, 2019 (doi: 10.1080/02726343.2019.1577526).

[17] N. Malekpour, M.A. Honarvar, “Design of a dual-beam end-fire antenna using the proposed metamaterial structure for 60 GHz MIMO applications”, Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 13, no. 49, pp. 133-144, June 2022 (dor: 20.10001.23223871.140.13.49.9.8) (in Persian).

[18] W.A.M. Hazeri, A.R. Kashaninia, “Design of an active integrated antenna with compact image rejection mixer and spurious passbands suppression of antenna”, Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 2, no. 8, pp. 3-10, March 2012 (dor: 20.10001.23223871.1390.2.8.1.1) (in Persian).

[19] K. Nishimori, Y. Makise, M. Ida, R. Kudo, K. Tsunekawa, “Channel capacity measurement of 8× 2 MIMO transmission by antenna configurations in an actual cellular environment”, IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. 54, no. 11, pp. 3285-3291, Nov. 2006 (doi: 10.1109/tap.2006.883967).