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国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程

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在堆叠六角形状的微带天线圆极化

j.p. Shinde 1 RajKumar2 m·d·Uplane3
  1. 副教授,教授、部门等,Sinhgad工程院,浦那(India1
  2. 科学家E、部门等武器研发机构,Pashan,浦那(India2
  3. 教授和电子系负责人Shivaji大学,India3戈尔哈布尔
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文摘

各种扰动结构生成圆偏振(CP)的六角形状的微带天线(HMSA)补丁边长20毫米用于产生共鸣的移动卫星服务(MSS)乐队在2 GHz的中心频率。六角形几何实现CP摄动在四个不同的方面:第一次与一个矩形槽中心,第二在相反的顶点和两个狭窄的缝隙,第三双导电存根在相反的顶点和第四一个顶点进行存根。这些扰动结构嵌入在六角形几何和单探头喂养的天线沿对角线尺寸60毫米x的平方衬底60毫米,天线辐射的左手圆偏振波。四个六角天线配置进行分析,以确定共振频率,阻抗BW,轴比、增益和辐射模式E-plane和h面。所有天线的性能参数在单层结构增强进一步通过叠加驱动天线与类似的寄生贴片元件。由于天线叠加观察整体增加10 dB阻抗带宽(BW), 3 dB轴向比率BW (ARBW)和天线增益2.58%,分别为1.71%和0.1615 dB。

关键字
中心的矩形槽,六角形状的微带天线,左手和右手圆偏振,狭窄的缝隙,调优进行存根

介绍
标准几何形状的贴片单馈点通常辐射线性偏振(LP)波。CP操作有明显的优势在LP的发射机和接收机之间的方向不敏感,因此广泛应用于无线通信系统。为了辐射CP,两种正交块模式有必要与平等的振幅和相位正交兴奋。一个贴片天线可以辐射CP如果两种正交块模式同时兴奋以同样的振幅和±90一个¯‚°与符号相确定旋转的感觉。单一饲料CP天线允许减少喂养电路复杂性,重量,大小和理想的情况下,很难适应双正交提要功率分配器网络[1]- [4]。这可以通过引入轻微扰动在任何常规的补丁在适当的位置对同轴饲料。有各种补丁微扰的方法用于实现CP viz.嵌缝、槽匹配的存根和叛变地平面。许多单一饲料补丁,使用几个微扰方法,在常规的矩形的形状已报告[5],圆形,方形[6][7]和三角形微带天线。一些增益增强天线也被研究过,但最需要增加antennaA¢€Ÿ年代高度,如与寄生贴片[8]。
提到微扰方法可以实现在HMSA生成CP和不是报告文学。一个六角形几何面积几乎相当于一个圆形配置;圆偏振HMSA预计将有一个更高的方向性,改善阻抗和ARBWs相比,相应的矩形或三角形配置小远场辐射的变化模式[9],[10]。先前的研究已经报道4到6%[11]阻抗BW是可以实现的与单层贴片天线使用薄FR4介质衬底厚度1.6毫米和相对介电常数为4.4。单一美联储HMSA各种扰动的结构可以产生圆极化波[12],[13];尽管传统HMSA方法的一个缺点是窄带特性和较低的天线增益。要克服这些缺点HMSA堆积中使用的配置。拟议的堆叠结构构成驱动和微扰元素和寄生HMSA放在对方。没有堆叠HMSA文章详细讨论。
本文致力于研究各种圆偏振HMSAs有或没有叠加实现增益和BW增强单同轴饲料。HMSA设计和测试实验。

圆偏振HMSA配置
CP辐射可以通过插入狭缝,沿着顶点匹配存根,槽的中心六角块补丁。在本节中分析的HMSA生成CP辐射的各种摄动技术设计和研究了天线参数共振频率,阻抗BW, ARBW和天线增益。图1 (a) (d)描绘了四个不同的配置与单一饲料HMSA获得CP使用各种扰动。在这些配置可以实现CP辐射,当馈点位置和补丁中引入的扰动长度进行了优化,并使用仿真工具是基于-V.11。馈点位置安排提供,右手CP (RHCP)或左手CP (LHCP)。如果进料点位于广场的对角线衬底在第一象限与优化微扰的长度,然后在每一个配置HMSA, LHCP。显示在图1的配置(一)- (d),收益率LHCP波。边长,S = 20毫米的所有HMSA配置确定MSS乐队(1990兆赫到2200兆赫)在2 GHz的中心频率产生共鸣[14]。HMSA配置上蚀刻FR4基板尺寸60毫米x 60毫米,厚度h = 1.59毫米和介电常数一个¯¥r = 4.3,与下面的一面有一个有限的地平面,美联储通过同轴相连的SMA连接器。
a . HMSA与中心槽天线(1)
这是一个技术实现CP, HMSA的中心的一个狭窄的矩形槽是嵌入在六角形几何沿轴和馈电点沿对角线广场的衬底,如图1所示(一个)。六角片的电长度保持安静,等于一块简单的六角形的,因此它的共鸣频率匹配的线性偏振补丁。在这个配置中,由于嵌入式矩形槽和通过优化饲料中心位置沿对角线,HMSA观察一个不平等的电流分布沿x轴和y轴。图2 (a)和(b)比较了模拟和测量HMSA S11特性与频率的变化。嵌入的矩形槽尺寸l x w = 9毫米x 2毫米,并定位在补丁的中心。这是由于中心位置扰动;六角块生成两种正交模式的大小相同,但是彼此相正交基本中心2.16 GHz的频率产生共鸣。提要位置优化的位置(5.2毫米、5.3毫米)关于起源HMSA的中心。从图2,与中心HMSA矩形槽描述10 dB阻抗BW的120 MHz。3 dB轴向比率BW这个配置是测量30 MHz如图6所示,图7显示了模拟E-plane和h面辐射模式2.15 GHz给天线增益为2.88 dB。
b . HMSA在顶点和两个狭窄的缝隙天线(2)
在这个配置一个简单的六角块有两个嵌缝的长度和宽度w,插入在对顶点沿x轴,如图1所示(b)。缝产生不对称的几何和由于喂养对角线;CP是实现当适当的优化执行馈点位置。图3 (a)和(b)显示了模拟和测量反射系数的变化与频率的情况下插入窄缝的长度= 9.711毫米和宽度w = 0.35毫米沿着x轴HMSA对顶点。扰动长度之比的边长HMSA (l / S) = 0.485。这个比例发现有用的其他共振频率HMSA获得CP。使用这个尺寸的微扰,进料位置优化的坐标(7.5毫米,7.5毫米)的中心块沿对角线LHCP两个简并模式,最大限度实现3 dB ARBW。CP辐射中心观察到共鸣频率为2.12 GHz,让10 dB阻抗BW的120 MHz, 3 dB ARBW 31.2 MHz,增益为2.74 dB。
c . HMSA双存根在顶点(天线3)
在这种情况下,HMSA几何构成的匹配进行存根轴在两个顶点的平等的长度,宽度w和美联储沿着对角线如图1所示(c)。这些存根创建几何不对称。存根宽度是固定的w = 2毫米,其长度是不同的阻抗匹配的共鸣频率。存根的长度l = 4.57毫米CP实现中心产生共鸣的2.15 GHz的频率,共振的基本模式是退化成两个正交大小相等,如图4所示的模式(a)和(b)。提要沿对角线位置优化广场的衬底的坐标(7.6毫米,7.6毫米)HMSA的中心。这里10 dB阻抗BW的110 MHz, 3 dB 20 MHz的AR BW和天线增益为2.646 dB决心。这也HMSA更高频率的共振的3.5 GHz和4.3 GHz描绘图4 (a)和(b)。
d . HMSA单存根在顶点(天线4)
同样双存根几何、单存根几何相似,只有用这种几何不对称是由单一的存根匹配的一个顶点的六角补丁,如图1所示(d)。这种类型的结构提供了额外的制造公差由于优化的必要性,只有一个存根,比同时调优存根在2.3节讨论。结构与单存根匹配需要存根长度比结构双存根实现CP。图5 (a)和(b)显示了模拟和测量S11变化特征与单存根HMSA匹配的长度= 5.57毫米和宽度w = 2毫米嵌入在顶点沿轴。2.13 GHz的中心HMSA共振频率给10 dB阻抗BW的120 MHz, 3 dB ARBW 94 MHz,天线增益为2.61 dB,当美联储沿对角线的坐标(7.15毫米、5.15毫米)远离HMSA的中心。

结果和讨论各种HMSA配置
四种类型的参数研究HMSA执行在本节存根匹配和插入窄缝的相反的顶点和中心的补丁。表1列出了几种HMSA与各种摄动参数几何实现CP。所有这四个配置的HMSA捏造FR4基板与地平面的尺寸60毫米x 60毫米,1.53毫米的高度和介电常数的¯¥r = 4.3,探头沿对角线广场的衬底。图6显示了模拟轴向比率的比较与频率变化的四个配置HMSA。3 dB ARBWs 30 MHz, 31.2 MHz, 20 MHz至94 MHz天线1 - 4分别。至少每HMSA配置频率轴比例是10 dB阻抗匹配的中心频率。
这表明,3 dB ARBW属于10 dB阻抗BW和保证CP纯度的频率范围。百分比10 dB阻抗受虐妇女综合症和% 3 dB ARBWs描述在表1和表2计算对每个HMSA配置的中心频率。图7显示了模拟H -平面和E -平面辐射模式测量共振频率中心HMSA的所有配置。HMSA的效率是73%的FR4基板可以通过叠加结构改进。天线1 - 4给出了LHCP辐射模式提供一个总增益为2.88 dB,分别为2.74分贝,2.646 dB和2.615 dB。在贴片表面电流分布可以用来识别的极化的天线。如果当前向量时钟明智的方向移动,这表明LHCP天线。为了实现RHCP,饲料必须转移到90年¯‚°和位于第三象限的中心在同一距离补丁[12]。图8显示了模拟HMSA天线表面电流分布的1、2、3和4的中心谐振频率为2.16 GHz, 2.12 GHz,分别2.15 GHz和2.13 GHz。

多层圆偏振HMSA配置
CP天线,堆叠使用寄生贴片天线元素是一个典型的配置来增强BW。通过叠加一个寄生贴片驱动补丁,BW和增益增强原始补丁的发生[15],[16]。堆叠贴片天线几乎相同的配置驱动和寄生补丁。每一个兴奋和寄生贴片辐射CP电波的极化的寄生贴片取决于驱动补丁。单探头美联储HMSAs可以生产圆偏振波通过嵌入六角结构的扰动。传统HMSA方法的一个缺点是窄带特征轴向比率。天线性能研究CP HMSA的所有配置,通过叠加类似寄生元素。提出了圆偏振的侧面堆放HMSA图9所示。提出多层天线由一个六角形状驱动元素和类似的六角形状的无源元件。驱动的元素是由同轴50一个¯—SMA连接器。 Generally, for CP, the two degenerate mode currents are distributed on the metal surface flowing at the centre of the driven patch. The amplitudes of the two mode currents at each resonant frequency are almost same so that the currents flowing perpendicular to each other ideally would not affect each other. However, the amplitudes for the two current at the same frequency, for example at first degenerate mode, they are not same and the phase difference is not 90. Hence, the driven patch itself does not radiate circularly polarized waves. The equivalent network of the stacked configuration composes of two resonators and one reactance. The reactance is divided by two orthogonal currents, which represent resonant phenomenon to each orthogonal direction. The two resonators represent the resonance caused by the driven and parasitic element, and the reactance represents the coupling between the elements [17]. In this section a study is performed by the use of stacked HMSA to determine the antenna parameters after stacking it with a similar parasitic patch. In this analysis, all configurations of HMSA as discussed in section 2 are stacked with the same type of driven patch of similar side length dimensions (S = 20 mm) and their results are compared. The investigation of these parameters is detailed in Table 2 for comparison with the parameters of Table 1.
从表2为Antenna1 HMSA中心堆满了相同类型的HMSA时槽;这个天线观察10 dB阻抗BW 8.7%, 3%的3 dB ARBW和增益为2.986 dB。堆叠HMSA天线所观察到的这些参数的增加3.15%,分别为1.62%和0.106 dB;HMSA相比之前堆积与相同的无源元件。HMSA Antenna2的嵌入与窄缝对顶点时堆满了相同类型的HMSA;观察10 dB多层天线阻抗BW 7.59%, 2.82%的3 dB ARBW和增益为2.89 dB。与相同类型的寄生元件叠加后,单层HMSA观察增量的1.93%,分别为1.35%和0.15 dB。天线3前10 dB阻抗BW叠加寄生元件为5.1%,BW叠加后同样寄生元件BW增强7.66% 2.56%发生叠加。3 dB ARBW和增益天线3也分别提高了3.46%和0.244 dB。类似的特征被发现为天线4堆HMSA单存根; the 10 dB impedance BW enhancement of 2.69 %, 3 dB ARBW improvement of 0.41 % and gain increases by 0.146 dB in comparison with its corresponding unstacked HMSA.

结论
四个结构代CP HMSA边长20毫米的研究,以便六角形状的贴片中心频率的共振MSS 2 GHz的乐队。在这些结构天线探测沿对角线和扰动要么是在中心的矩形槽的形式,有两个窄缝在相反的顶点,两导电存根与单个进行相反的顶点和存根的顶点。四个六角天线配置是设计、制造和测量,发现天线辐射LHCP波。提高天线参数的单层结构、堆积类似寄生贴片元件的驱动天线找到有用的。平均10 dB的整体改进阻抗BW, 3 dB ARBW和获得HMSA配置由于堆积的类似寄生元素发现2.58%,分别为1.71%和0.1615 dB。反射系数的理论结果与实验验证。

承认
作者感谢副总理迪亚特和Shivaji大学校长,Sinhgad工程院、提供实验室设备和所有必要的支持。

表乍一看
表的图标 表的图标
表1 表2

数据乍一看
图1 图2 图3 图4 图5
图1 图2 图3 图4 图5
图6 图7 图8 图9
图6 图7 图8 图9

引用
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