円錐放射パターンを備えた広帯域不均一レンズ

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12907 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この原稿では、ブロードサイド ビームとコニカル ビームを同時に備えたレンズ アンテナを示します。 レンズは光線挿入方式を採用したKuバンド用に設計されています。 提案された円錐放射パターンは、光源および周囲との良好なマッチングにより広帯域です。 シミュレーションは CST マイクロ波スタジオ ソルバーを使用して実行されます。 他の作品で使用されている複雑なアンテナ形状の代わりに、単純な円形のパッチ リングと RF コネクタがレンズ フィードとして使用され、それぞれブロードサイドと全方向性の円錐パターンを生成します。 設計したレンズとその 2 ポート給電アンテナの性能を検証するために、3D プリンティング法を使用してレンズ構造を実現および製造します。 この作品では、レンズの構築にポリエチレン テレフタレート グリコール (PETG) プラスチック材料が使用されています。 KuバンドにおけるPETGの電磁気特性を正確に測定します。 シミュレーションと実験の結果は、広い周波数帯域幅にわたって設計されたレンズの優れた性能を示しています。 この設計された構造の他の構造に対する利点は、その高利得と広い帯域幅です。

高速無線データ通信は、超広帯域アンテナと高利得アンテナを必要とする多くのアプリケーションに必要です。 近年、コニカル放射パターンアンテナは、高速データ転送、自動車、レーダーのサイドローブキャンセラー、医療センシング、衛星受信、移動通信などのさまざまな用途に使用されています1、2、3、4、5、6、 7。 円錐形のビーム放射パターンは、衛星トラッカー システム 4、8 など、最高のパフォーマンス対コスト比を提供する、水平方向の全方向性放射パターンとは独立したアプリケーションにとって価値があります。 最近、高周波通信システムの Ku バンド周波数範囲に焦点を当てた研究が行われています9。 2 つのブロードサイドビームとコニカルビームを備えたシステムは、同時 10 または切り替え可能な給電アンテナ 11 で開発されています。 通信システムの信頼性を高めるために、トランシーバーでパターン ダイバーシティ アンテナを検討できます12、13。

最近、広帯域コニカル パターン アンテナを設計するためのさまざまな方法が提案されています。たとえば、いくつかの形状の平面モノポール 14、15、16、基板切頭型マイクロストリップ円形パッチ 17、開放型同軸導波管 18、円形導波管内でのモード変換 19、放射状のアンテナなどです。アレイスロットアンテナ１０、２０。 円形パッチ アンテナのさまざまな共振モードを励起して、ブロードサイドおよび円錐パターンを放射することができます 21、22。 単一のパッチ アンテナに異なる放射モードを持つ 2 つの別個のポートを採用することは、パターン ダイバーシティを実現するもう 1 つの方法です23。

広帯域で指向性の高い放射ビームを備えたアンテナを実現するには、いくつかの方法があります。 周波数選択表面 (FSS)24、25、または均一誘電体 26 および不均一誘電体 27 に基づいて設計された平面送信アレイおよび反射アレイは、高利得の放射パターンを達成するためのいくつかの方法です。 構造の複雑さ、帯域幅の制限、複数の個別の層の実現は、メタマテリアル ベースの方法の主な欠点の一部です。 近年、メタマテリアル構造の性能を向上させるためにいくつかの方法が導入されています。 最適なパフォーマンスと製造プロセスの簡素化は、メタマテリアル構造の利点の一部です 28,29。 2 つの円偏光保存チャネルに個別の位相プロファイルを導入し、異なる伝播距離を持つ 2 つの偏光保存フィールドで個別のホログラフィック画像を実現します。 4 つの誘電体層で分離された 5 つの金属層で設計されており、受動的、無損失、相反的です。 誘電体レンズは、給電源のビームを正面方向にコリメートしたり、所望の放射パターンを形成したりするためのもう 1 つの適切なオプションです 30、31、32、33。