Антенна решітка на основі розімкнутих кільцевих випромінювачів
Анотація
Актуальність. Створення антенних решіток для систем зв’язку є актуальними задачами у галузях безпілотної авіації, зокрема, для систем передачі відеосигналу. Також актуальність роботи обумовлена потребою використання саме направлених або однопроменевих антен для систем пеленгації і радіолокації.
Мета роботи. Теоретична та експериментальна перевірка можливості застосування, як поодиноких патч-антен, так і антенних решіток на їх основі, для систем передачі відеосигналу у діапазоні 5.8 ГГц. Оптимізація геометричних параметрів випромінювача, при яких коефіцієнт підсилення буде максимальним. Вирішення задачі ділення НВЧ потужності для живлення елементів антенної решітки.
Матеріали та методи. У роботі представлено теоретичні результати моделювання частотних і просторово-енергетичних характеристик поодинокого випромінювача і серії антенних решіток на його основі. Проведено порівняльний аналіз експериментальних і теоретичних досліджень характеристик узгодження для поодинокого випромінювача. Моделювання та оптимізація параметрів антен проведено за допомогою комерційного пакету Ansoft HFSS.
Результати. Проведено дослідження патч-антени у формі розімкнутого кільця. Отримано серію конструкцій антенних решіток з лінійною та круговою поляризацією 5.8 ГГц для застосування у системах передачі відеосигналу, наприклад, для реалізації режиму керування безпілотними апаратами від першої особи (FPV). Для живлення антенної решітки застосовано дільник потужності на основі чвертьхвильових трансформаторів. Показано, що коефіцієнт підсилення поодинокої патч-антени може перевищувати 10 дБ. Антенна решітка з 4 елементів, які знаходяться у вузлах прямокутної сітки, може мати коефіцієнт підсилення понад 16 дБ.
Висновки. Запропонований тип антен адаптовано для систем зв’язку, зокрема, передачі відеосигналу на частоті 5.8 ГГц. Разом із задовільними просторово-енергетичними характеристиками, запропоновані технічні рішення є простими і придатними для серійного виробництва.
Завантаження
Посилання
2. Deschamps, GA. Microstrip Patch Antenna. Third USAF symposium on Antennas; 1953.
3. Midasala V, Siddaiah P. Microstrip Patch Antenna Array Design to Improve Better Gains. Procedia Computer Science. 2016;85:401–9. https://doi.org/10.1016/j.procs.2016.05.181
4. Rao KP, Vani RM, Hunagund PV. Planar Microstrip Patch Antenna Array with Gain Enhancement. Procedia Computer Science. 2018;143:48–57. https://doi.org/10.1016/j.procs.2018.10.350
5. Antonenko YN, Antonenko YA, Gribovsky AV. Experimental Studies of the Fabry-Perot Resonator with Mirrors Perforated by Coaxial-Sector Holes. 2019 Sep 1; https://doi.org/10.1109/DIPED.2019.8882613
6. Rajak N, Chattoraj N, Mark R. Metamaterial cell inspired high gain multiband antenna for wireless applications. AEU - International Journal of Electronics and Communications [Internet]. 2019 Sep 1 [cited 2022 May 28];109:23–30. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1434841119313949 https://doi.org/10.1016/j.aeue.2019.07.003
7. Bakhtiari A. Investigation of Enhanced Gain Miniaturized Patch Antenna Using Near Zero Index Metamaterial Structure Characteristics. IETE Journal of Research. 2019 Jul 25;1–8. https://doi.org/10.1080/03772063.2019.1644973
8. Singh AK, Abegaonkar MP, Koul SK. Miniaturized multiband microstrip patch antenna using metamaterial loading for wireless application. Progress In Electromagnetics Research C. 2018;83:71–82. http://dx.doi.org/10.2528/PIERC18012905
9. Phua YN, Eng Hock Lim, Chung BK. Design of a single-layer broadband reflectarray using circular microstrip patch loaded with two unequal slots. 2020 Sep 1;124:153341–1.. https://doi.org/10.1016/j.aeue.2020.153341
10. Xue F, Wang H, Wang Y, Zhang L. Broadband and high efficiency single-layer reflectarray using circular ring attached two sets of phase-delay lines. Progress In Electromagnetics Research M. 2018;66:193–202. http://dx.doi.org/10.2528/PIERM18010916
11. Liu Y, Wang H, Xue F, Dong X. A new single-layer reflectarray using circular patch with semicircular ring slots. Progress In Electromagnetics Research Letters. 2017;66:105–11. http://dx.doi.org/10.2528/PIERL17011806
12. Guo WL, Wang GM, Liu K, Zhuang Y, Ge Q. Design of Single-Layered Ultrawideband High-Efficiency Circularly Polarized Reflectarray. 2018 Jun 12;17(8):1386–90. https://doi.org/10.1109/LAWP.2018.2846663
13. Dong Hyun Yang, Lin H, and Xiaojun Huang. Dual broadband metamaterial polarization converter in microwave regime. Progress in Electromagnetics Research Letters. 2016 Jan 1;61:71–6. http://dx.doi.org/10.2528/PIERL16033004
14. Patel K, Joshi M. Wideband Radar Cross Section Reduction of Microstrip Patch Antenna using Polarization Converter Metasurface. Defence Science Journal. 2022 Aug 26;72(4):568–80. https://doi.org/10.14429/dsj.72.17818
15. Liu Y, Yang H, Huang XJ, Yu Z, Li S, Yang Y. A metamaterial polarization converter with half reflection and half transmission simultaneously. 2021 Feb 1;389:127101–1. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2020.127101
16. Al Ahmad M, Kabeer S, Sanad AA, Olule LJA. Compact single‐varactor diode frequency‐reconfigurable microstrip patch antenna. IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2021 Mar 25;15(9):1100–7. https://doi.org/10.1049/mia2.12117
17. Shao Z, Zhang Y. A Single-Layer Miniaturized Patch Antenna Based on Coupled Microstrips. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2021 May;20(5):823–7. https://doi.org/10.1109/LAWP.2021.3064908
18. Wang Z, Liu J, Long Y. A Simple Wide-Bandwidth and High-Gain Microstrip Patch Antenna With Both Sides Shorted. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2019 Jun;18(6):1144–8. https://doi.org/10.1109/LAWP.2019.2911045
19. Anantha B, Gosula RSR. Compact Single Feed Dual Band Microstrip Patch Antenna with Adjustable Dual Circular Polarization. IETE Journal of Research. 2019 Apr 9;1–9. https://doi.org/10.1080/03772063.2019.1598293
20. Zoukalne K, Chaibo A, Khayal MY. Design of Microstrip Patch Antenna Array for 5G Resonate at 3.6GHz. Current Journal of Applied Science and Technology. 2020 Nov 17;164–70. http://dx.doi.org/10.9734/cjast/2020/v39i3431046
21. Chen QQ, Li JY, Yang GW, Ding YX. SINGLE-FED HIGH-GAIN CIRCULARLY POLARIZED MICROSTRIP ANTENNA. Progress In Electromagnetics Research M. 2019;83:151–9. http://dx.doi.org/10.2528/PIERM19052002
22. Yi Y, Jian-Ying L, Kun W, Rui X, Guang-wei Y. Circularly polarised cut ring microstrip antenna. 2015 Feb 1;51(3):199–200. https://doi.org/10.1049/el.2014.3729
