شبکه مقسم توان نوین با تطبیق ممان برای تغذیه انواع آنتن‌های آرایه‌ای با فناوری پلاریتون‌های پلاسمون سطحی مجازی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی برق دانشگاه بین المللی امام خمینی

2 گروه مهندسی برق مخابرات دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه بین المللی امام خمینی ره

3 سازمان پژوهش های علمی صنعتی ایران

چکیده

چکیده
در این مقاله یک شبکه مقسم توان نوین برای تغذیه انواع آنتن‌های آرایه‌ای با فناوری پلاریتون‌های پلاسمون سطحی (SSPP) بدون زمین با ورودی موجبر هم صفحه (CPW) پیشنهاد شده است. یک نمودار گردشی نیز برای توضیح روند طراحی کلی برای هر آنتن SSPP با ورودی CPW ارائه شده است. شبکه پیشنهادی با نرم‌افزار CST Studio شبیه‌سازی و بهینه‌سازی شده است. اثربخشی شبکه طراحی شده با استفاده از یک نمونه اولیه آنتن آرایه‌ای SSPP هشت شاخه ساخته شده با پهنای باند امپدانس اندازه‌گیری شده 98/0 گیگاهرتز (536/11-516/12 گیگاهرتز) و حداکثر افزایش بهره dB 48/7 (در مقایسه با مقدار نظری بدون اتلاف dB 03/9) نسبت به یک آنتن SSPP تک شاخه، اثبات شده است. از آنجاکه بسیاری از آنتن‌های SSPP از ورودی‌های CPW استفاده می‌کنند و آنتن‌های SSPP تک شاخه اغلب فاقد بهره کافی هستند، شبکه مقسم توان کارآمد پیشنهادی در این مقاله از اهمیت ویژه‌ای برای ترکیب چندین عنصر تابشی، افزایش جهت‌گیری و بهره بدون به خطر انداختن فشردگی، برخوردار است. آنتن‌های مسطح، به ویژه آنتن‌های مبتنی برSSPP، به دلیل سبکی، کم‌حجمی، شکل‌پذیری، قابلیت ادغام یکپارچه در موشک‌ها و ماهواره‌ها، راندمان بالا، پهنای باند زیاد، تلفات کم، پشتیبانی از ارتباطات پرسرعت، هدایت پرتو و مقاومت در برابر تداخل الکترومغناطیسی انتخاب مناسبی برای محیط‌های هوافضای پویا هستند. این مزایا کاملاً با نیازهای سیستم‌های ارتباطی ماهواره‌ای و زمینی نسل بعدی و وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) مطابقت دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

A novel power divider network with momentum matching for feeding arrays of arbitrary spoof surface plasmon polaritons antennas

نویسندگان [English]

  • Mahdi Siasifar 1
  • Asghar Keshtkar 2
  • Shervin Amiri 3
1 Electrical Department Imam Khomeini International Universty (IKIU)
2 Electrical Department Engineering Faculty Imam Khomeini International University (IKIU)
3 Iranian Research Organization for Sience and Technology (IROST)
چکیده [English]

Abstract
A novel power divider network for feeding arrays of arbitrary groundless spoof surface plasmon polaritons (SSPP) antennas with coplanar waveguide (CPW) input is proposed. The design approach is generalized for any SSPP antenna with CPW input by presenting a flowchart. The proposed feeding network is simulated and optimized via CST Studio software. We validate our designed network's effectiveness using a fabricated prototype eight-branch SSPP array antenna that shows a measured impedance bandwidth of 0.98 GHz (11.536-12.516 GHz) and a maximum gain increase of 7.48 dB compared with a single-branch SSPP antenna, with only a 1.55 dB deviation from the lossless theoretical increase value of 9.03 dB. The proposed power divider network can feed SSPP antennas with no attached ground, enabling performance optimization of the antenna by placing a detached ground. SSPP-based planar antennas are gaining popularity in aerospace due to their lightweight, low-profile design. They offer high efficiency, wideband operation, and resistance to electromagnetic interference, making them ideal for satellite communications and dynamic aerospace environments. Since single-branch SSPP antennas which use CPW inputs often lack sufficient gain, the power divider network proposed in this paper holds particular importance for combining multiple radiating elements, boosting gain and directivity without compromising compactness

کلیدواژه‌ها [English]

  • Microstrip to CPW transition
  • planar antennas
  • plasmonics
  • power divider networks
  • spoof surface plasmon polaritons (SSPP) antennas
  • array antennas

مراجع

[1] H. Raether, “Surface Plasmons on Smooth and Rough Surfaces and on Gratings,” Springer Tracts Mod. Phys., vol. 111, pp. 4–39, 1988, doi: 10.1007/BFb0048317.
[2] J. B. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. Garcia-Vidal, “Mimicking surface plasmons with structured surfaces,” 2004. doi: 10.1126/science.1098999.
[3] R. S. Anwar, H. Ning, and L. Mao, “Recent advancements in surface plasmon polaritons-plasmonics in subwavelength structures in microwave and terahertz regimes,” Digit. Commun. Networks, vol. 4, no. 4, pp. 244–257, 2018, doi: 10.1016/j.dcan.2017.08.004.
[4] H. F. Ma, X. Shen, Q. Cheng, W. X. Jiang, and T. J. Cui, “Broadband and high-efficiency conversion from guided waves to spoof surface plasmon polaritons,” Laser Photonics Rev., vol. 8, no. 1, pp. 146–151, 2014, doi: 10.1002/lpor.201300118.
[5] R. Garg, Microstrip Antenna Design Handbook. Artech House, 2001.
[6] Q. Le Zhang, Q. Zhang, and Y. Chen, “High-efficiency circularly polarised leakywave antenna fed by spoof surface plasmon polaritons,” IET Microwaves, Antennas Propag., vol. 12, no. 10, pp. 1639–1644, 2018, doi: 10.1049/iet-map.2017.1054.
[7] Q. Le Zhang, Q. Zhang, and Y. Chen, “Spoof Surface Plasmon Polariton Leaky-Wave Antennas Using Periodically Loaded Patches above PEC and AMC Ground Planes,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 16, pp. 3014–3017, 2017, doi: 10.1109/LAWP.2017.2758368.
[8] D. Liao, Y. Zhang, and H. Wang, “Wide-Angle Frequency-Controlled Beam-Scanning Antenna Fed by Standing Wave Based on the Cutoff Characteristics of Spoof Surface Plasmon Polaritons,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 17, no. 7, pp. 1238–1241, 2018, doi: 10.1109/LAWP.2018.2841006.
[9] J. Wang, L. Zhao, Z. C. Hao, and T. J. Cui, “An ultra-thin coplanar waveguide filter based on the spoof surface plasmon polaritons,” Appl. Phys. Lett., vol. 113, no. 7, 2018, doi: 10.1063/1.5045069.
[10] V. Rabinovich and N. Alexandrov, Antenna arrays and automotive applications., pp 27, Fig. 2.3 New York, 2013. doi: 10.1007/978-1-4614-1074-4.
[11] H. T. Xu et al., “An ultra-wideband out-of-phase power divider based on odd-mode spoof surface plasmon polariton,” Int. J. RF Microw. Comput. Eng., vol. 31, no. 4, pp. 1–8, 2021, doi: 10.1002/mmce.22583.
[12] J. Wang, L. Zhao, Z.-C. Hao, X. Shen, and T. J. Cui, “Splitting spoof surface plasmon polaritons to different directions with high efficiency in ultra-wideband frequencies,” Opt. Lett., vol. 44, no. 13, pp. 3374–3377, 2019, doi: 10.1364/ol.44.003374.
[13] S. Zhou et al., “Spoof Surface Plasmon Polaritons Power Divider with large Isolation,” Sci. Rep., vol. 8, no. 1, pp. 1–8, 2018, doi: 10.1038/s41598-018-24404-0.
[14] A. K. Horestani and Z. Shaterian, “Ultra-wideband balun and power divider using coplanar waveguide to microstrip transitions,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 95, pp. 297–303, 2018, doi: 10.1016/j.aeue.2018.08.024.
[15] A. N. Ghazali, M. Sazid, and S. Pal, “Multiple passband transmission zeros embedded compact UWB filter based on microstrip/CPW transition,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 129, no. November 2020, p. 153549, 2021, doi: 10.1016/j.aeue.2020.153549.
[16] A. N. Ghazali, M. Sazid, and S. Pal, “Dual band notched UWB-BPF based on hybrid microstrip-to-CPW transition,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 86, pp. 55–62, 2018, doi: 10.1016/j.aeue.2018.01.009.
[17] P. Goel and K. J. Vinoy, “A low-cost phased array antenna integrated with phase shifters cofabricated on the laminate,” Prog. Electromagn. Res. B, no. 30, pp. 255–277, 2011, doi: 10.2528/PIERB11041105.
[18] M. Siasifar, A. Keshtkar, and S. Amiri, “Optimum Patch Selection for Wideband Planar Spoof Surface Plasmon Polaritons Ku-Band Satellite Receive Antenna,” in 2024 11th International Symposium on Telecommunications (IST), 2024, pp. 135–140. doi: 10.1109/IST64061.2024.10843596.
[19] A. Tiwari, U. Pattapu, and S. Das, “A wideband 1:2 T-junction power divider for antenna array with optimum results,” 2018 3rd Int. Conf. Microw. Photonics, ICMAP 2018, vol. 2018-Janua, no. Icmap, pp. 1–2, 2018, doi: 10.1109/ICMAP.2018.8354594.
[20] D. Wei, J. Li, J. Yang, Y. Qi, and G. Yang, “Wide-Scanning-Angle Leaky-Wave Array Antenna Based on Microstrip SSPPs-TL,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 17, no. 8, 2018, doi: 10.1109/LAWP.2018.2855178.
[21] J. Wang, K. Xu, X. Kong, R. Xu, and L. Zhao, “Wide-Angle Beam-Scanning Leaky-Wave Antenna Array Based on Hole Array SSPPs,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 22, no. 7, pp. 1731–1735, 2023, doi: 10.1109/LAWP.2023.3262567.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار