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双波段孔径耦合对WLAN堆叠微带贴片天线

Gunjan1和Amanpreet考尔2
  1. PG学生(ECE)、ECE称,塔帕尔大学,邦,印度旁遮普
  2. 塔帕尔大学助理教授,部门的ECE邦,印度旁遮普
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文摘

本文提出一种双带孔径耦合堆叠微带天线的地平面之间的气隙3毫米和WLAN的上层基板应用程序。名义天线- 10 dB回波损耗的134.8兆赫和384.9 MHz带宽较低的3.905 GHz和上乐队乐队共振频率共振频率分别为5.36 GHz。天线的增益大于5 dB,指向性也大于5 dBi和电压驻波比的值小于2的操作频率,这使得它一个合适的选择用于WLAN的频率波段。

关键字
缝隙耦合微带天线,堆叠微带,WLAN。

介绍
微带贴片天线是非常受欢迎的在各种类型的天线由于其平面配置,低调,顺应、低成本和易于制造。孔径耦合技术来养活微带补丁提供隔离的饲料的优势辐射通过使用一个共同的地平面[1]。这种方法还避免了问题相关的大型调查自我电抗和便于施工过程,因为不需要焊接在探针技术[2]。孔径耦合技术提供了较低的寄生辐射对称和更大的辐射模式。孔径的尺寸的变化促进了天线的阻抗匹配。众所周知的耦合几个共振导致带宽的增加,这是可取的应用在电信领域[3]。
实现微带天线的主要障碍在许多应用程序中是他们的窄带宽和克服这种限制很多工作一直致力于增加带宽。有很多种带宽增强技术其中之一是使用一个非谐振孔(大光圈),厚底物[4]。但是这种方法有一个缺点的生产大量的辐射孔径,从而导致辐射模式不支持比前面。其他带宽增强技术包括使用降低介电常数,寄生贴片,切槽或像U-slot级距,使用空气衬底、e型、h型的贴片天线[5],[6],[7],[8]。另一个带宽增强技术,已广泛应用叠补丁,一个寄生元件(叠片)放在驱动元素(较低的补丁)和寄生元件之间的电磁耦合驱动元素增加了阻抗带宽[9],[10]。
无线通信的快速发展需求天线设计,可用于多个频段。这些天线称为多波段天线。这些天线的优势整合几个频段单天线结构使它们有用几个频率范围[11]。
因此本文提出一种双带孔径耦合微带贴片天线堆放对于WLAN应用程序,覆盖完整的从5.15 GHz频段5.35 GHz,它还包括IMT申请的一些地区从3.4 GHz 4.2 GHz频段。本文提出的几何和天线设计双波段天线结构叠加技术,引入一个气隙与地平面之间的上层衬底在第二部分提出,并给出了仿真结果在第三节和第四节给出一个简短的结论。

天线设计
一个缝隙耦合微带贴片天线在两个频率产生共鸣的设计使用叠加。叠加技术实现双波段行为和增加天线的阻抗带宽。它涉及到多层结构组成的介质基板和补丁的数量。它寄生元素(或叠补丁)被放置在驱动元素(或主要补丁)。之间的电磁耦合寄生元件和驱动元素增加了阻抗带宽。此外一个气隙3毫米之间引入了地平面和上层基质增加天线的带宽。FR-4材料用于天线基板(上衬底层)和饲料衬底(低衬底层)。材料厚度1.6毫米(h)和介电常数εr 4.4与正切损耗分量tanδ0.0009。天线结构底部的矩形形状的衬底材料支持的地平面。顶部的天线是一个矩形的形状有矩形槽的尺寸完全一样的尺寸底部补丁。 The dual band antenna is fed through an aperture cut in the ground plane coupled to a 50 Ω microstrip line under the feed substrate. The side view of the antenna showing various layers organizations with placement of waveguide port is shown in Figure 1.
图像
图2描绘了每一层的天线与标签尺寸。图2 (a)描绘了矩形贴片天线的大结构在矩形槽放在上层基板1其次是矩形底部补丁放在上层衬底如图2 (b),支持的地平面有一个矩形孔径如图2所示(c),低于地平面有较低的层衬底,在的后侧有微带给水管路50欧姆,如图2所示(d)。
图像
天线的前视图如图3所示。
图像
设计规范的双重乐队ACSMPA已在表1中给出。
图像
还计算了天线的各种尺寸的设计方程从C Balanis [1]。前片的尺寸,底部补丁,地平面,基质层,槽和馈线设计双波段天线的表2中给出。
图像

仿真结果
CST微波工作室2010年被用来模拟提出了双重带孔径耦合微带贴片天线和一个气隙和各种仿真结果和回波损耗一样,史密斯圆图、电压驻波比和farfield模式增益和方向性的天线已经被观察到。S11与天线的频率图也显示了两个下降表明双天线的谐振频率的频率运行3.905 GHz和5.36 GHz。反射系数的值†®0.10301和0.054688在相应的共振频率从图4。
图像
回波损耗20 log10†®值−25.242 dB和−19.742 dB在对应的共振频率。反射的S11参数代表了权力天线。整个权力反映天线和没有辐射的S11 = 0分贝。S11 =−10 dB表明10%的实力体现。双波段天线的带宽可以计算从回波损耗与频率图。天线的带宽的频率范围的回波损耗大于−10 dB,它对应于2的电压驻波比的值。测量−10 dB设计天线的带宽较低的134.8兆赫和384.9兆赫谐振频率为3.905 GHz和上共振频率分别为5.36 GHz从图5。
图像
比较之间的回波损耗和频率图双波段天线没有一个气隙和双波段天线和一个气隙如图6所示。通过引入一个气隙3毫米的共振频率略有改变,但他们仍然躺在无线乐队与增强的带宽。类似的结果观察泡沫材料,而不是气隙也是同样的图6所示。
图像
史密斯圆图的双波段天线已经如图7所示,描述了阻抗值(电阻和电抗)天线的频率值。几乎真实价值的阻抗(非常小电抗)的共振频率表示天线需要较小的调优要做天线与传输线的阻抗匹配。
图像
双波段天线的电压驻波比和频率图已经如图8所示,描述了电压驻波比在共振频率值。天线实现低电压驻波比1.2297的价值区间3.905 GHz的频率和1.1157上带5.36 GHz的频率。
图像
方向性的极坐标图与仰角(θ度)方位角(‰¸)φ等于90度的双波段天线堆叠技术在共振频率为3.905 GHz, 5.36 GHz如图9所示(一个),(b)
图像
获得与仰角的极坐标图(θ度)方位角(‰¸)φ等于90度的双波段天线与堆叠技术在共振频率为3.905 GHz和5.36 GHz如图10所示(一个),(b)。
图像
双波段的各种仿真结果孔径耦合堆叠微带贴片天线已经在表3中做了总结。
图像

结论
摘要孔径耦合微带贴片天线可操作的堆放在两个共振频率为3.905 GHz和5.36 GHz无线和WLAN应用程序的设计。设计天线−10 dB回波损耗的134.8兆赫和384.9 MHz带宽分别为3.905 GHz和5.36 GHz。设计了双波段天线的电压驻波比的值1.2297和1.1157在相应的上下带共振频率。方向性的值是6.0 dBi和7.7 dBi和增益的大小是7.7 dB和9.4 dB。

引用
  1. c . a . Balanis“微带天线,天线理论分析和设计,第三版,约翰威利& Sons, 811 - 876页,2010年。
  2. 沙利文,P。,and Daniel H. Schaubert. "Analysis of an aperture coupled microstrip antenna." antennas and propagation, IEEE Transactions on 34.8 (1986): 977-984.
  3. Giauffret, L。,J-M。Laheurte。”CPW-fed微带天线的理论和实验表征。”IEE Proceedings- Microwaves, Antennas and Propagation 143.1 (1996): 13-17.
  4. 陈、魏Kai方李,r .问:李。“美联储同轴矩形微带天线的输入阻抗电厚衬底。”Microwave and Optical Technology Letters 6.6 (1993): 387-390.
  5. 安萨里,贾姆希:和Ram玻雷吉Ram。“宽带叠加U-slot微带贴片天线。”Progress In Electromagnetics Research Letters 4 (2008): 17-24.
  6. Ayoub, A . f .。“矩形微带天线的分析与空气基质。”Journal of Electromagnetic Waves and Applications 17.12 (2003): 1755-1766.
  7. Ang、Boon-Khai Boon-Kuan涌。“宽带e型微带贴片天线为5 - 6 GHz无线通讯。”Progress In Electromagnetics Research 75 (2007): 397-407.
  8. 安萨里,j . A。辛格,P。,Dubey, S. K., Khan, R. U., and Vishvakarma, B. R. (2008). H-shaped stacked patch antenna for dual band operation. Progress In Electromagnetics Research B, 5, 291-302.
  9. Croq,弗雷德里克,David m . Pozar。“毫米波宽带aperture-coupled堆叠微带天线的设计。”Antennas and Propagation, IEEE Transactions on 39.12 (1991): 1770-1776.
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