Alt Tabaka Entegre Waveguide Çok Modlu Geniş Bant Anteninin Araştırma İlerlemesi
Zhang Yefeng, Zhu Yongzhong, Liu Mingfei
(Bilgi Mühendisliği Bölümü, Silahlı Polis Mühendisliği Üniversitesi, Xi'an, Shaanxi 710086)
Substrat entegre dalga kılavuzları, benzersiz avantajları, düşük profilleri, kolay üretimi ve düzlemsel devrelerin kolay entegrasyonu nedeniyle antenlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Çok modlu geniş bant, yeniden yapılandırılabilir, çoklu giriş ve çoklu çıkış, mevcut anten geliştirmenin ana yönleridir. Mevcut substrat entegre dalga kılavuzu çok modlu geniş bant antenlerinin ana uygulama yöntemleri ve geliştirme olasılıkları, substratla entegre edilmiş dalga kılavuzu çok modlu geniş bant antenlerinin daha iyi tasarımı için bir temel sağlayan açıklanmaktadır.
Alt tabaka entegre dalga kılavuzu; çok modlu geniş bant anten; besleme yapısı
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TN82
Belge tanımlama kodu: Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.04.008
Çince alıntı biçimi: Zhang Yefeng, Zhu Yongzhong, Liu Mingfei.Alt-entegre dalga kılavuzu çok modlu geniş bant antenlerin araştırma ilerlemesi.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2017, 43 (4): 32-35.
İngilizce alıntı biçimi: Zhang Yefeng, Zhu Yongzhong, Liu Mingfei. Substrat entegre dalga kılavuzu çok modlu geniş bant anten çalışmasında ilerleme.Elektronik Tekniği Uygulaması, 2017, 43 (4): 32-35.
0 Önsöz
Şu anda, iletişim sistemleri ve konumlandırma sistemleri için çeşitli standartlar vardır, birden çok anten, sistem entegrasyonunun iyileştirilmesiyle, birden çok frekans bandını kapsama gereksinimlerini karşılayabilmesine rağmen, birden çok anten arasındaki bağlantı ve parazit göz ardı edilemez. Bu nedenle insanlar, tek bir antenin çok modlu geniş bant özelliklerine sahip olmasını umarlar, bu da antenin çalışma performansı için daha yüksek gereksinimler ortaya koyar. Bu hedefe ulaşmak için, anten çalışanları gelişmiş tek kutuplu yapı, mikro şerit yapısı ve diğer antenler tasarladılar, ancak çok modlu geniş bant gereksinimlerini daha iyi karşılamak için hala yeni teknolojiler araştırıyorlar. Substrat entegre dalga kılavuzu teknolojisi Profesör Wu Ke tarafından önerildiğinden, düşük kayıp, yüksek Q değeri ve düzlemsel devrelerin kolay entegrasyonu gibi avantajları nedeniyle anten çalışanları için bir araştırma noktası haline geldi. Bu nedenle, çok modlu geniş bant antenleri gerçekleştirmek için substrat entegre dalga kılavuzu teknolojisini keşfetmek şu anda önemli bir konudur.
Mevcut alt tabaka ile entegre edilmiş dalga kılavuzu çok modlu geniş bant antenleri, yapısal bakış açısından dört türe ayrılabilir: yama kanal açma, zemin kanal açma, yükleme endüktif yollar ve gelişmiş besleme yapısı.
1 Çip oluklu alt tabaka entegre dalga kılavuzu çok modlu geniş bant anten
Yaygın olarak kullanılan bir yuva anteni, TE10 modunu ileten dikdörtgen bir dalga kılavuzunun duvarında açılan bir yarım dalga rezonans yuvasıdır. Dalga kılavuzunun metal duvarının yüzeyinde kanal açarken, iç duvar yüzeyindeki orijinal akım çizgileri kesilir, akımın bir kısmı boşluğu atlar ve diğer kısım orijinal yönde yer değiştirme akımı şeklinde akar ve güç hatları dışarı doğru yayılır. Antenin çalışma frekansı esas olarak yüzey akımının dağılımı ile belirlenir Akımın yolunu değiştirerek rezonans noktasının konumu kontrol edilebilir. Çok sayıda rezonans noktası göründüğünde ve çalışma bant genişliği içinde olduğunda, çok modlu bir geniş bant yapısı elde edilir. Yaygın yerleştirme yöntemleri dikdörtgen, halka, E şeklindedir ve genellikle birden fazla modu harekete geçirebilen pertürbasyon eklenir, ancak bant genişliği dardır.
Yama yerleştirme teknolojisi sayesinde, yama radyasyonu ve yuva radyasyonu aynı anda var olur ve anteni çok modlu hale getirir. Tasarımdaki zorluk, dejenere modları birbirine yaklaştırmak ve böylece bant genişliğini genişletmek için ilgili parametrelerin nasıl ayarlanacağıdır. Prosesin basitliği ve teorik analiz dikkate alındığında, pratik uygulamalardaki yaygın yama ve boşluk türleri dikdörtgen ve daireseldir. Aşağıdakiler esas olarak özelliklerini analiz eder.
Dikdörtgen yamanın uzunluğu L1, antenin çalışma frekansını belirler ve ampirik formülü şöyledir:
Dairesel bir yuva açarken, antenin çalışma frekansını etkileyen ana faktörler, dairesel yamanın yarıçapı R1 ve halka oluğunun yarıçapı R2'dir. Ampirik formül:
Literatür, yama yerleştirme teknolojisi yoluyla ikili rezonans modları elde eder ve anten bant genişliğini daha da genişletmek için substratın kalınlığını artırır. Literatür, dikdörtgen yuvayı hafifçe yamuk bir yuvaya dönüştürür ve yamanın uzunluğu ve genişliği ayarlanarak anten yüzeyindeki akım yolu değiştirilir ve yüksek bir anten radyasyon verimi elde edilir. Literatür, geleneksel dikdörtgen yama ve dikdörtgen halka oluk ikili rezonansının, yamanın uzunluğunu ve genişliğini değiştirerek S11'in iyi bir şekilde geliştirilebileceği ve iyi anten performansının elde edilebileceğidir.
Zemine yüklenmiş özel yuvalı 2 alt tabaka entegre dalga kılavuzu çok modlu geniş bant anten
Ölçek prensibine dayanan frekans dışı değişken antenin yön düzeni ve empedans özellikleri, çok geniş bir frekans aralığında değişmeden kalır ve tipik uygulamaları sarmal antenler ve kelebek antenlerdir. Ultra geniş bant teknolojisinin tasarımını alt tabaka entegre dalga kılavuzu teknolojisi ile birleştirmek, benzer alt tabaka entegre dalga kılavuzu antenlerinin bant genişliğini belirli bir ölçüde genişletebilir.
Çalışmalar, kelebek şeklindeki slot antenlerin, uygun bir besleme yapısı vasıtasıyla belirli bir bant genişliğini genişletebileceğini ve geniş bant antenleri tasarlamak için ortak bir yapı haline gelebileceğini göstermiştir. Literatür kelebek şeklinde bir yuva yapısı kullanır Simülasyonlar kelebek biçimli yuvanın genişliğinin ana etki faktörü olduğunu göstermektedir Parametre optimizasyonu sayesinde anten bant genişliği nihayet genişletilmiştir.
Literatür, kelebek şeklindeki yarık yapısı kullanıldıktan sonra, yüksek sıralı modun mevcut yolunun değiştirildiğini, böylece yüksek sıralı modun düşük sıra moduna daha yakın olduğunu ve böylece bant genişliğini% 9.4'e genişlettiğini göstermektedir.
Literatür, kelebek şeklinde bir boşluk kullanır ve besleme pozisyonunun yanına, boşluğun üst yüzeyindeki akımı ve boşluğun enerji bağlantısını bozan ek bir eşleşen dikdörtgen boşluk eklenir. Rezonant yuva, yuvanın radyasyonunu sağlamak için boşluğun elektrik alanının en güçlü olduğu konumda tasarlanmıştır. Simülasyon, dikdörtgen aralığın artırılmasının yüksek frekans rezonansını etkilemediğini, ancak düşük frekanslı çalışma modunu azaltabileceğini ve önden arkaya oranını ve tepe kazancını iyileştirebileceğini göstermektedir. Anten bant genişliği, daha düşük bir çapraz polarizasyon seviyesi ile% 8'e yükseltilir ve önden arkaya oranı 20 dBi'yi aşar.
3 Endüktif yollarla yüklü alt tabaka entegre dalga kılavuzu çok modlu geniş bant anten
Geleneksel dikdörtgen yuvalı yama anteni, iki dejenere modu harekete geçirebilir, ancak bant genişliği çok dardır Tek bir yama temelinde parazitik öğeler eklemek, yama antenini genişletmenin yaygın bir yoludur. Bunlar arasında, endüktif yolların yüklenmesi yaygın yöntemlerden biridir. Literatür bu konuda aktif keşifler yapmıştır Asimetrik endüktif yollar veya endüktif yol dizileri yükleyerek, giriş empedans bant genişliği önemli ölçüde geliştirilir, ancak eksenel oran bant genişliği% 3'ü geçmez. Şekil 1, endüktif geçiş delikleri ve kapasitif halka olukları yükleyerek, parametreleri yamanın frekansı ile eşleşecek şekilde ayarlayarak yeni bir frekans sunar ve antenin empedans bant genişliği% 12.4'e çıkarılır.
Geliştirilmiş besleme yapısına sahip 4 alt tabaka entegre dalga kılavuzu çok modlu geniş bant anten
Genel olarak konuşursak, geniş bant eşleştirme faz kaydırmalı ağ beslemesinin kullanılması antenin bant genişliğini bir dereceye kadar genişletebilir, ancak tasarımı karmaşıktır ve uygun bir besleme modunun nasıl kullanılacağı anten tasarımında zor bir noktadır.
Anten tasarımını olabildiğince basitleştirmek için genellikle bir dönüştürme yapısı kullanılır. Anten bant genişliğini genişletmek için mevcut besleme tasarımları dört kategoriye ayrılabilir: koaksiyel-SIW besleme, şerit-SIW besleme, mikro şerit-SIW besleme ve şerit-mikro şerit besleme.
4.1 Koaksiyel-SIW besleme yapısını benimseyin
İnce bir alt tabakanın kullanılması, yüksek dereceli modları ortadan kaldırabilir, ancak şu anda temel TEM modlarını ortadan kaldırmak zordur. Yaygın yöntem, boşluk düzlemini ve reflektörü bağlamak için boşluğun etrafına bir kısa devre pimi yerleştirmektir. Kısa devre pimi boşluğa ne kadar yakınsa, boşluğun rezonans frekansı ve bant genişliği etkilenecektir, kısa devre pimi boşluktan ne kadar uzaksa, enerji sızacak ve antenin verimi bozulacaktır. Ek olarak, kısa devre pimi de sağ el dairesel polarizasyon oluşumunda önemli bir faktördür. Bu nedenle, kısa devre piminin yerini makul bir şekilde seçin.
Şekil 2, koaksiyel hat-SIW dönüşüm yapısını benimser, X bandındaki antenin bant genişliği% 10.3'e çıkarılır ve genişlemenin etkisi çok açıktır.
Anten boyutunu küçültmek ve anten tasarımını basitleştirmek için literatür, yukarıda bahsedilen yapıyı geliştirmiş, özel şekilli bir yapı benimsemiş ve benzer kazanç öncülüğünde empedans bant genişliğini ve eksenel oran bant genişliğini daha da genişletmiştir. Tablo 1, iki antenin önemli parametrelerinin karşılaştırma sonuçlarını göstermektedir.
4.2 Stripline-SIW besleme yapısını benimseyin
Dairesel yama ve yuvalı antenler için, farklı modların rezonans frekansı için hesaplama formülü şöyledir:
Şekil 3, modelin literatürdeki yama yapısını ve besleme yapısını geliştirmektedir Stripline-SIW besleme modu benimsenmiştir.T-şekilli besleyicinin parametreleri ayarlanarak, arka boşluk rezonatörü, halka yarığı ve yama ayarlanabilir. Üç uyarılmış mod birleştirilir ve eksenel oran bant genişliği ve empedans bant genişliği sırasıyla% 25.6 ve% 12'ye ulaşır.
Yarı modlu substratın entegre dalga kılavuzu yapısına dayanan literatür, yakınlık kuplajını geliştiren ve bant genişliğini genişletme amacına ulaşan bükülmüş şerit çizgisi-SIW'nin besleme yöntemini benimser Empedans bant genişliği ve eksenel oran bant genişliği sırasıyla% 10.5'tir. % 3.
4.3 Mikroşerit hattı-SIW besleme yapısını benimseyin
Şekil 4 ve literatür, sırasıyla% 18,74 ve% 17,32 olan bant genişliğini genişletmek için ek empedans eşleşmesi elde etmek üzere giriş duyarlılığını kontrol etmek için bir mikroşerit hattı-SIW besleme yöntemi kullanır ve bir asimetrik endüktif delikli dizi ekler.
4.4 Bir şerit mikro şerit besleme yapısı benimseyin
Şerit hattı, iletim hattının düşük dağılım ve düşük parazitik radyasyon gereksinimlerini karşılayabilir, ancak genellikle dönüştürülmesi ve diğer iletim hattı yapılarıyla birlikte kullanılması gerekir. Bunlar arasında, şerit-mikro şerit hattı yapısı, kör yolların neden olduğu işlem karmaşıklığını ortadan kaldırabilir. Genel olarak konuşursak, sonda tarafından sokulan endüktans çok düşüktür ve yama ile zemin plakası arasındaki kapasitans nispeten büyüktür İlgili frekans bandında, besleme sondası ve metal yaması tarafından verilen reaktans eşit ve zıt işarette olmalıdır.
Şekil 5, bir şerit-mikroşerit hattı besleme yapısı kullanır. Düşük ve yüksek frekanslarda kapasitansı telafi etmek için stubların giriş empedansını endüktif hale getirmek için besleme şerit hattının sonunda yük koçanlarını yükleyin. Son empedans bant genişliği ve kazanç sırasıyla % 10.9 ve 7.7 dBi.
5. Sonuç
Özetle, substrata entegre edilmiş dalga kılavuzu çok modlu geniş bant antenler için birçok uygulama yöntemi vardır.Pratik uygulamalarda, yüksek kazanç, minyatürleştirme ve kolay uyumluluk gibi özel uygulama senaryolarının gereksinimlerini karşılamalıdır. Mevcut tasarımın hala yüksek çapraz polarizasyon seviyesi, düşük kazanç, geniş yapı ve yetersiz bant genişliği gibi problemleri vardır.Bant genişliği ve yapı arasında bir denge bulmak, gerçek mühendislikte anten tasarımında zor bir noktadır. Teorinin sürekli iyileştirilmesi ve teknolojinin sürekli gelişimi ile birçok güçlükle karşı karşıya kalmasına rağmen, substrat entegre dalga kılavuzu çok modlu geniş bant antenlerin teknolojisi kesinlikle daha olgun hale gelecektir.
Referanslar
Luo Yu, Chu Qingxin.Çok modlu ve çok dipole dayalı kararlı ışın genişliğine sahip geniş bant anten tasarımı. IEEE Elektromanyetik (iWEM), 2013, 8 (1): 9-12.
Fu Can, Li Minquan, Jin Xiumei.Çok modlu uydu konumlandırma ve navigasyon sistemlerine uygulanan geniş bant anten tasarımı Hefei University of Technology Dergisi, 2011, 34 (3): 391-394.
Liu Wen, Wang Min, Jiang Yongjin ve diğerleri.Pusula ve GPS için geniş bantlı dairesel polarize mikroşerit anten tasarımı. IEEE Hesaplamalı Problem Çözme (ICCP), 2013, 8 (1): 195-198.
Feng Xu, Ke Wu. Substrat entegre dalga kılavuzunun kılavuzlu dalga ve sızıntı karakteristiği Mikrodalga Teorisi ve Teknikleri IEEE İşlemleri, 2005, 53 (1): 66-73.
Gun Dongfang, Qian Zuping, Cao Wenquan, ve diğerleri.Çok bantlı çok modlu özelliklere sahip kompakt SIW halka şeklindeki halka yuvalı anten Antenler ve Yayılma Üzerine IEEE İşlemleri, 2015, 63 (12): 5918-5922.
Zhang Gen. Substrat Integrated Waveguide Dairesel Polarizasyon Anteni Araştırması Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China, 2015: 10-15.
Li Peng Düşük profilli kavite destekli antenin bant genişletme teknolojisi Hangzhou Dianzi Üniversitesi, 2011, 3 (3): 20-24.
Gao Fei, Zhang Fushun, Lu Lu ve diğerleri.Geniş bantlı dairesel polarize SIW anteni IEEE Mikrodalga ve Optik Teknoloji Mektupları, 2014, 56 (11): 2539-2542.
Zhang Tao, Zhang Van, Hong Wei, ve diğerleri.Alt tabaka entegre koaksiyel hat tarafından beslenen geniş bant milimetre dalga SIW boşluk destekli yama anten. IEEE Kablosuz Sempozyumu (IWS), 2015, 6 (1): 1-4.
Zhong Shunshi Anten Teorisi ve Teknolojisi Pekin: Elektronik Endüstrisi Yayınevi, 2015: 223-231.
MUKHERJEE S, BISWAS A, SRIVASTAVA K V. Geniş bantlı substrat entegre dalga kılavuzu boşluk destekli papyon yuvası anteni IEEE Antenleri ve Kablosuz Yayılma Mektupları, 2014, 13 (10): 1152-1155.
VARNOOSFADERANI M V, Lu Junwei, Zhu Boyuan. SIW boşluk destekli slot anteninin bant genişliğini artırmada eşleşen slot rolü. IEEE Antennas and Propagation (APCAP), 2014, 3 (1): 244-247.
LACIK J. X-bandı uygulamaları için dairesel polarize SIW kare halka yuvalı anten IEEE Mikrodalga ve Optik Teknoloji Mektupları, 2012, 54 (11): 2590-2593.
Djerafi T, Wu K. Süper kompakt substrat entegre dalga kılavuzu haç biçimli yön bağlayıcı IEEE Mikrodalga ve Kablosuz Bileşenler Mektupları, 2007, 17 (11): 757-759.
KIM D Y, LEE J W, LEE T K, et al.İki farklı besleme geçişi kullanan SIW boşluk destekli dairesel polarize antenlerin tasarımı Antenler ve Propa üzerinde IEEE İşlemleri, 2011, 59 (4); 1398-1403.
KIM D, LEE J, CHO C, ve diğerleri Dairesel polarizasyon için tek katmanlı SIW'ye gömülü X-bant dairesel halka-yuvalı anten. Electronics Letters, 2009, 45 (13): 668-669.
Zhang Tao, Zhang Yan, Yu Shunhua, ve diğerleri Bağımsız olarak kontrol edilebilen rezonanslara sahip bir Q-bant çift modlu boşluk destekli geniş bant yama anteni Antenler ve Yayılma (ISAP), 2013, 1 (1): 118-121.
LOKER C, VAUPEL T, EIBERT T F. X-bandı uygulaması için radyasyon verimli tek yönlü düşük profilli slot anten elemanları Antenler ve Propa üzerine IEEE İşlemleri, 2005, 53 (8): 2765-2768.
Fan Fangfang, Wang Wei, Yan Zehong SIW yapısına dayalı yeni bir dairesel polarize elmas halka yuvalı anten tasarımı Kablosuz Sempozyum (IWS), 2014, 6 (1): 1-4.
Zhu YongZhong. Dolambaçlı şerit besleme tekniğini kullanan yeni dairesel polarize yarım modlu dairesel substrat entegre dalga kılavuzu anteni.Uluslararası RF ve Mikrodalga Bilgisayar Destekli Mühendislik Dergisi, 2016, 26 (8): 668-673.
LEIB M, MIRBACH M, MENZEL W. PCB teknolojisinde mikro şeritten şerit çizgiye ultra geniş bant dikey geçiş IEEE Uluslararası Ultra Geniş Bant Konferansı, 2010, 2 (4): 1-4.
Yang Wenwen, Zhou Jianyi. Geniş bant düşük profilli alt tabaka entegre dalga kılavuzu boşluğu destekli E-şekilli yama anteni IEEE Antenleri ve Kablosuz Yayılma Mektupları, 2013, 12 (6): 143-146.
