Yeni bir yüksek kazançlı çift bantlı ortak açıklıklı anten dizisinin tasarımı
Modern kablosuz iletişim teknolojisinin hızla gelişmesiyle birlikte, antenler sivil ve askeri uygulamalarda gittikçe daha yaygın bir şekilde kullanılmakta ve insanlar anten performansı ve işlevleri için giderek daha yüksek gereksinimler ortaya koymaktadır. Ortak açıklıklı anten, farklı çalışma frekanslarına sahip antenler arasındaki elektromanyetik eşleşmeyi makul bir uzaysal düzen aracılığıyla azaltan yeni bir anten türüdür, böylece farklı işlevlere sahip birden çok anten aynı açıklık düzleminde birbirinden bağımsız olarak çalışabilir. Ek olarak, çift bantlı anten, yalnızca antenin boyutunu ve ağırlığını azaltmakla kalmaz, aynı zamanda antenin esnekliğini artırmak ve radar algılama sisteminin maliyetini düşürmek için de çok faydalıdır. Bu nedenle, çift bantlı ortak açıklıklı antenlerin araştırılması büyük önem taşımaktadır.
Şu anda, ortak açıklıklı antenler üzerine birçok araştırma yapılmıştır.Örneğin, literatürde, ultra geniş bant ve özellikleri gerçekleştiren düzlemsel çift polarize ultra geniş bant ortak açıklıklı bir mikro şerit anten önerilmiştir. Literatür, X / Ku / Ka'nın üç bandına uygulanan çift kutuplu bir düzlemsel anten sunar.Üç anten, düşük maliyet, yüksek entegrasyon, yüksek izolasyon ve yüksek performans avantajlarına sahip tek bir açıklık yüzeyine entegre edilmiştir. X / Ku / Ka üç bandına uygulanan bilinen ilk çift kutuplu ortak açıklık anten dizisidir.
Yukarıdaki araştırmaya dayanarak, bu makale ultra geniş bant yüksek kazançlı çift bantlı ortak açıklıklı anten dizisi önermektedir.Anten tamamen metal malzemeden yapılmıştır Vivaldi çift polarize anten dizisi ve dalga kılavuzu yuvası anten dizisi aynı açıklığa entegre edilmiştir. Mahya yapısının düz dizaynı ve anten dizisinin makul yerleşimi, iki anten arasındaki karşılıklı etkiyi büyük ölçüde ortadan kaldırır ve yüksek izolasyon avantajına sahiptir.Aynı zamanda küçük boyut, geniş frekans bandı ve yüksek kazanç performans etkilerine ulaşır. Sonuçlar, antenin mükemmel performansa sahip olduğunu ve modern mühendislik uygulamalarında kullanılabileceğini göstermektedir.
1 Anten yapısı açıklaması
Şekil 1'de gösterildiği gibi, ortak açıklıklı antenin yapısı üç bölüme ayrılabilir: dört T-şekilli birleşik çift kutuplu anten, bir 6 × 6 dalga kılavuzu yuvalı anten ve bir dairesel metal alt tabaka. Metal plakanın yarıçapı 300 mm, üst kısım çift polarize anten ve alt kısım X-bant antendir. Radyasyon dalgası z ekseni boyunca yayılır.
Şekil 2'de gösterildiği gibi, anten, çift kutuplu anten tasarımını gerçekleştirmek için tamamen metal Vivaldi'yi kullanır.Vivaldi anteni, frekans dışı değişken bir antendir.Bu tür anten, geniş bir çalışma frekansına, iyi radyasyon yönlülüğüne, kararlı giriş empedansına, yüksek verime ve basit yapıya sahiptir. , Düz yüzeyin entegrasyonu kolaydır, bu nedenle ultra geniş bant göstergeleri elde etmek çok kolaydır.Aynı zamanda, güçlü uç-yangın özellikleri nedeniyle, iki anten elemanının T şeklindeki kombinasyonu sayesinde çift polarizasyon özellikleri elde edilebilir.
Şekil 2, Vivaldi ünitesi anten yapısının şematik diyagramıdır, ünite boyutu 60 mm × 8.0 mm × 110 mm'dir. Tamamen metal Vivaldi'nin gradyan eğrisi indeksi formülü aşağıdaki gibidir:
Bunlar arasında p1 (x1, y1), p2 (x2, y2) sırasıyla gradyan çizgisinin başlangıç ve bitiş noktalarıdır. Ayrıca tamamı metal Vivaldi ünitesinin düşük frekanslı çalışma alanını genişletmek için gradyan eğrisine çıkıntılar eklenmiştir. Şekil 3, iki Vivaldi anteninin bir T şeklinde birleştirilmesiyle elde edilen çift polarize bir anteni göstermektedir.
HFSS yazılımı ile simülasyondan sonra, tamamı metal Vivaldi anten ünitesinin optimal boyut değeri Tablo 1'de verilmiştir.
Şekil 4, dalga kılavuzu yuvası anten dizisinin yapı diyagramını göstermektedir, anten boyutu 142 mm × 20 mm × 120 mm'dir. Dalga kılavuzu slot dizisi anteni üç parça içerir: yayılan dikdörtgen dalga kılavuzu dizisi, besleme dikdörtgen dalga kılavuzu ve koaksiyel besleme hattı. Altı yayılan dikdörtgen dalga kılavuzu dizisi, uzunlamasına yan yana düzenlenmiştir ve besleme dikdörtgen dalga kılavuzu, yayılan dikdörtgen dalga kılavuzu dizisinin uzun kenarının merkezinin hemen altında yer almaktadır.
Her bir yayılan dikdörtgen dalga kılavuzu dizisi, 6 öngerilim radyasyon yuvası ile sağlanır ve radyasyon yarıkları, besleme dikdörtgen dalga kılavuzunun merkez hattının her iki yanında düzenlenir. Geleneksel dalga kılavuzu yuvası dizisi ile karşılaştırıldığında, 6 × 6 yayılan dikdörtgen dalga kılavuzu dizisi anten kazancını etkili bir şekilde artırabilir. Şekil 5'te gösterildiği gibi, aynı genişliğe sahip bu öngerilim radyasyon yarıkları, aralık aralığı olarak g / 2 uzunluğunda besleme dikdörtgen dalga kılavuzunun merkez hattının her iki yanında düzenlenmiştir Uzunluk ve ofset merkez hattı mesafesi, iletkenlik ve uzunluğun ters üçgenine dayanmaktadır. Fonksiyon hesaplanır. Böyle bir yarık yapısı, antenin düşük yan kulp performansını gerçekleştirebilir ve anten kazancını etkili bir şekilde geliştirebilir. Tablo 2, radyasyon dalga kılavuzunun ve radyasyon boşluğunun optimal boyut değerlerini göstermektedir.
Şekil 6'da gösterildiği gibi, dikdörtgen besleme dalga kılavuzu, besleme dikdörtgen dalga kılavuzunun geniş tarafının merkez hattında eğik olarak düzenlenmiş 6 bağlantı yuvasına sahiptir. Aynı genişliğe ve uzunluğa sahip bağlantı boşlukları, modelin ana lobunun açısını dizinin normalinden düşürebilen Ag / 2'lik bir aralıkta ayarlanır. Bağlantı yuvasının eğimi, simülasyon yazılımı HFSS tarafından optimize edilen, yayılan dikdörtgen dalga kılavuzu dizisine bağlanan enerji miktarını belirler Tablo 3, besleme dalga kılavuzunun ve bağlantı yuvasının optimum boyut değerlerini gösterir.
Bir koaksiyel besleme hattı ve ara yüzü, besleme dikdörtgen dalga kılavuzunun altında düzenlenir Koaksiyel besleyici, besleme dikdörtgen dalga kılavuzunu besler ve daha sonra 6 × 6 yayılan dikdörtgen dalga kılavuzu dizisini bağlantı yuvasından besler ve son olarak öngerilim radyasyon yuvasından geçer. Enerjiyi yukarı doğru yay. Enerji yayılan dikdörtgen dalga kılavuzu dizisinin yarıklarından geçtiğinde, enine akımın bir kısmı kesilerek yarığın orta noktasının her iki yanında ek uzunlamasına akımlar oluşacaktır. Yer değiştirme akımının bir kısmı yarığı uyaracak ve enerji yanlı radyasyon yarığı yoluyla dalga kılavuzundan dışarı yayılacaktır.
2 Simülasyon sonuçları
Yukarıda bahsedilen ortak açıklıklı antenin yapısını açıkladıktan sonra, ortak açıklıklı antenin parametreleri HFSS yazılımı ile simüle edilir.
Simülasyon testinden sonra, Vivaldi çift polarize anten dizisi ayrı beslendiğinde, Vivaldi anten ünitesinin ayakta dalga oranı, Şekil 7'de gösterildiği gibi 2.33 GHz'den 12 GHz'e kadar olan frekans aralığında 3'ten azdır. Bağlantı noktası izolasyonu, Şekil 8'de gösterildiği gibi, bu çalışma frekansı bandında 17 dB'den az ve orta noktada 45 dB'den büyüktür.
X-bandı dalga kılavuzu yuvası dizisi anteni ayrı olarak beslendiğinde, dalga kılavuzu yuvası dizisi anteni, Şekil 9'da gösterildiği gibi, normal olarak 9,8 GHz ~ 10,3 GHz frekans bandında çalışabilir.
Bağımsız olarak beslenirken, 10.0 GHz'deki dalga kılavuzu yuvası dalga kılavuzu yuvası dizi anteninin üç boyutlu yayılma modeli Şekil 10'da gösterilmektedir. Vivaldi çift polarize antenin çalışmasında çok az etkiye sahip olduğu, mükemmel izolasyon etkisini yansıttığı ve yüksek kazanç ve yüksek izolasyon özelliklerine ulaştığı görülmektedir.
3 Sonuç
Bu makale, yeni bir yüksek kazançlı çift bantlı ortak açıklıklı anten dizisi sunar. Ultra geniş bantlı çift kutuplu tüm metal Vivaldi anteni ve yüksek kazançlı dalga kılavuzu yuvası dizi anteni, ortak bir açıklık biçiminde aynı açıklığa yerleştirilir. Yapı kompakttır ve açıklık artırılır. Kullanım oranı ve anten dizisinin makul düzeni sayesinde, ortak açıklıklı antenlerin zayıf izolasyonu sorunu çözüldü. Simülasyon sonuçları, antenin çalışma frekansının 2,33 12 GHz ve 9,7 10,3 GHz aralığında olduğunu ve sabit dalga oranının 3'ten az olduğunu (bağıl bant genişliği% 135'tir) göstermektedir. Modern iletişim sistemlerine uygun yüksek izolasyon, ultra geniş bant, yüksek kazanç, yüksek diyafram verimi gibi avantajlara sahiptir.
Referanslar
Song Hang. Research and Design of Common Aperture Antenna Xi'an: University of Electronic Science and Technology of China, 2016.
Zhong Shunshi, Qu Xinan, Zhang Yumei, ve diğerleri Ortak açıklıklı SA çift bantlı çift polarizasyonlu mikro şerit anten dizisi Çin Radyo Bilimi Dergisi, 2008, 23 (2): 305-309.
JIANG X L, LI Y, ZHANG Z J, ve diğerleri. Ortak açıklığa ve yüksek izolasyona sahip düzlemsel çift polarize UWB anteni Antenler ve Yayılma Derneği Uluslararası Sempozyumu, 2013 (7): 21-22.
MAO C X, GAO S, LUO Q ve diğerleri.Paylaşılan açıklığa sahip düşük maliyetli X / Ku / Ka-bant çift polarize dizi Antenler ve Yayılma Üzerine IEEE İşlemleri, 2017, 65: 3520-3527.
Shui Ying.Çift polarizasyonlu yüksek izolasyonlu anten araştırması ve tasarımı Hangzhou: Hangzhou Dianzi Üniversitesi, 2011.
GAO G M, ZHANG Y M, LI A, ve diğerleri Parabolik silindirik reflektör için paylaşılan açıklık Ku / Ka bantları mikrodalga dizisi beslemeleri. 2010 Uluslararası Mikrodalga ve Milimetre Dalga Teknolojisi Konferansı, Chengdu, 2010: 1028-1030.
VETHARATNA M G, KUAN C B, TEIK C H. Paylaşılan açıklıklı çift bantlı çift polarize dizi için birleşik besleme ağı IEEE Antenleri ve Kablosuz Propagat Lett, 2005, 4: 297-299.
Chen Jin, Hu Mingchun, Zhang Jinping, ve diğerleri.Ultra geniş bant tamamen metal Vivaldi anten tasarımı.Modern radar, 2015, 37 (12): 61-64.
yazar bilgileri:
Qiao Xuguang 1, Jiang Zhaoneng 1, 2, Zhao Xiaoyan 1, Shui Mingyue 1, Lu Xiaochi 1, Zhang Bangbang 1
(1. Bilgi Mühendisliği Bölümü, Hefei Teknoloji Üniversitesi, Xuancheng 242000, Anhui; 2. Eyalet Milimetre Dalgaları Anahtar Laboratuvarı, Nanjing 210096, Jiangsu)
