طراحی اتصال چرخشی باند Ka در فناوری موجبر شکافی ریزنواری چاپی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسنده

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر - دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته - کرمان - ایران.

چکیده

یک اتصال چرخشی موج میلی‌متری مبتنی بر فناوری موجبر شکافی ریزنواری چاپ‌شده ارائه می شود. برای این منظور، ابتدا یک ساختار سلول واحد که باند توقف آن شامل باند فرکانسی مورد نظر است طراحی شد. ساختار مفصل چرخشی پیشنهاد شده مانند یک حفره مستطیلی است که توسط قارچ‌های متناوب طراحی‌شده روی برد ریزنوار احاطه شده است و لایه بالایی آن یک دیسک فلزی است که با فاصله شکاف هوایی از برد ریزنوار قرار گرفته است. حفره مستطیلی توسط دو دهانه هم محور که در دو طرف آن متصل شده‌اند، تحریک می‌شود. نتایج شبیه‌سازی، تلفات عبوری باند باریکی را برای مفصل چرخشی طراحی‌شده نشان می‌دهد زیرا حفره در مود اول خود تحریک می‌شود. برای افزایش پهنای باند آن، پچ اتصال کوتاه و دیافراگم در حفره معرفی می شوند. ابعاد اتصال چرخشی پیشنهادی توسط حل کننده حوزه زمان نرم افزار CST برای داشتن بهترین تلفات عبوری در پهنای باند مطلوب بهینه شدند. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که تلفات بازگشتی بهتر از 10 دسی‌بل و تلفات عبوری کمتر از 0.5 دسی‌بل در حدود 21٪ پهنای باند نسبی است. مقایسه نتایج شبیه سازی با نتایج بدست آمده از حل کننده حوزه فرکانس نرم افزار CST و شبیه ساز HFSS تایید کننده دقت طراحی و شبیه سازیها می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Design of Ka Band Rotary Joint in Printed Microstrip Gap Waveguide Technology

نویسنده [English]

  • Mohammad Hosien Ostovarzadeh
Faculty of Electrical and Computer Engineering, ,graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran.
چکیده [English]

A millimeter-wave rotary joint based on printed microstrip gap waveguide technology is presented. To this goal, a unit cell structure which its bandstop contains the desired frequency band was first designed. The rotary joint structure is proposed as a rectangular cavity surrounded by the designed periodic mushrooms realized on microstrip board and its top layer is a metallic disk placed with an air gap distance from microstrip board. The rectangular cavity is fed by two coaxial ports connected at its both sides. Simulation results show a narrow band insertion loss for designed rotary joint because the cavity is excited at its first mode. To widen its bandwidth, shorting patch and window are introduced in the cavity. The dimensions of the proposed rotary joint were optimized by time domain solver of CST software to obtain the best insertion loss behavior over the desired frequency band. Simulation results show the return loss is better than 10 dB and the insertion loss is less than 0.5 dB over about 21% relative bandwidth. Comparsion of the simulation results with those obtained by freqency domain solver of CST software and HFSS simulator confirms the accuracy of the design and simulations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rotary joint
  • milimeter-wave
  • printed microstrip
  • gap waveguide
  • low loss

مراجع

[1] S. Borisov and A. Shishlov, “Antennas for Satcom-on-the-move, review,” in Proc. Int. Conf. Eng. Telecommun., Nov. 2014, Moscow, Russia, pp. 3–7.
[2] D. Haas, M. Thumm, J. Jelonnek , “Broadband Rotary Joint Concept for High-Power Radar Applications”, Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, vol. 42, pp. 107–116, 2021.
[3] E. D. Evans, “An analysis of a coupled-ring rotary joint design,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 40, no. 3, pp. 577–581, 1992.
[4] Y. Jian Cheng, Z. J. Xuan, “12-GHz Rotary Joint With Substrate Integrated Waveguide Feeder”, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques vol. 64, iss. 5, pp. 1508-1514, 2016.
[5] Z. J. Xuan and Y. J. Cheng, “Rotary joint perpendicularly fed by a substrate integrated waveguide feeder,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 65, no. 10, pp. 3761–3768, 2017.
[6] L. Zhao, J. Shi, and K. Xu, “Broadband coaxial rotary joint with simple substrate integrated waveguide feeder,” IEEE Access, vol. 7, pp. 139499–139503, 2019.
[7] محمد سجاد بیاتی، تحسین خورند، «طراحی و ساخت مجیک­تی یک لایه با استفاده از موج­بر نصف مد مجتمع­شده در زیر­لایه برای کاربدهای باند Ku»، نشریه مهندسی برق تبریز، دوره 49،  شماره 1، 235-240، 1398.
[8] حبیب قربانی نژاد فومنی، امید اتحاد محکم، «طراحی، تحلیل و شبیه­سازی یک فیلتنای مایکرواستریپ با روی­کرد طراحی فیلتر میان­گذر»، نشریه مهندسی برق تبریز، دوره 49،  شماره 2، 791-783، 1398.
[9] A. Yevdokymov, V. Kryzhanovskiy, V. Pazynin, K. Sirenko, “Ka-band waveguide rotary joint”, IET Microwaves, Antennas & Propagation, vol. 7, Iss. 5, pp. 365-369, 2013.
[10] P.-S. Kildal, E. Alfonso, A. Valero-Nogueira, and E. Rajo-Iglesias, “Local Metamaterial-Based Waveguides in Gaps Between Parallel Metal Plates,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 8, pp. 84–87, 2009.
[11] P.-S., Kildal, “Artificially soft and hard surfaces in electromagnetics,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 38, pp.1537-1544, 1990.
[12] A. U. Zaman and P.-S. Kildal, “Gap Waveguide for Packaging of Microwave Components,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 62, no. 10, pp. 2263–2272, 2014.
[13] M. H. Ostovarzadeh, S. A. Razavi Parizi, “Design of Ku Band Monopulse Antenna in Gap WaveguideTechnology,” journal of Radar, vol. 8, no. 1, pp.111-117, 2020 (in persian).
[14] R. Askarzadeh, A. Farahbakhsh, Davood Zarifi, A. Uz Zaman, “Wideband High-Efficiency Slot Array Antenna Based on Gap Waveguide Single-Layer Feeding Network “ IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,  Vol. 24, Iss. 2, pp. 519-523, 2025.
[15] A. Farahbakhsh, D. Zarifi, A. Vosoogh, ,Carlo Bencivenni, Michal Mrozowski, “ A Wideband 8 × 8 Slot Array Antenna Using Gap Waveguide MLW Coaxial Line Technology for mmWave Applications,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 24, Iss. 7, pp. 1974 – 1978, 2025.
[16] A. Farahbakhsh, “Wideband Rotary Joint Based on Gap Waveguide Technology” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques , vol. 69, no. 10, pp. 4385-4391, 2021.
[17] A. Farahbakhsh, D. Zarifi, M. Mrozowski, “Design of mmWave Broadband Rotary Joint and 360° Beam-Steering Rotenna Based on Gap Waveguide Technology,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 73, Iss. 7, pp. 4373 – 4383, 2025.
[18] M. Nasri, D. Zarifi, “Design and Simulation of Waveguide Rotary Joint Based on Gap Waveguide Technology for 60 GHz Applications” Journal of  Radar, vol. 8, no. 2, (serial no. 24), pp. 73-78, 2021 (in persian).
[19] E. Rajo-Iglesias and P.-S. Kildal, “Numerical studies of bandwidth of parallel-plate cut-off realized by a bed of nails, corrugations and mushroom-type electromagnetic bandgap for use in gap waveguides,” IET Microwaves Antennas Propagion. vol. 5, no. 3, pp. 282-289, Feb. 2011.
[20] H. Raza, J. Yang, P.-S. Kildal, E. Alfonso, “Microstrip-Ridge Gap Waveguide-Study of Losses, Bends and Transition to WR-15,” IEEE transactions on microwave theory and techniques, vol. 62, no. 9, pp. 1943- 1952, 2014.
[21] A. T. Hassan; M. A. M. Hassan; A. A. Kishk, “Modeling and Design Empirical Formulas of Microstrip Ridge Gap Waveguide,” IEEE Access, vol. 6, pp. 51002-51010, 2018.
[22] X. Hu and X. Feng, “Ka-band coupled-resonator bandpass filter based on printed ridge gap waveguide for millimetre‐wave application,” Electronics Letters, vol. 57. no. 20, pp. 770-772, 2021.
[23] T. Zhang, L. Chen, A. U. Zaman, and J. Yang. “Ultra-wideband millimeter-wave planar array antenna with an upside-down structure of printed ridge gap waveguide for stable performance and high antenna efficiency”, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 20, no. 9 pp. 1721-1725, 2021.
[24] M. M. Ali, et al. “Ultra-wideband compact millimeter-wave printed ridge gap waveguide directional couplers for 5G applications”, IEEE Access, vol. 10. pp. 90706-90714,  2022.
[25] M. O. Shady and A. M. M. A. Allam, “A novel design of printed ridge gap waveguide-based 0 dB backward wave coupler, International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering, vol. 32. no. 11, p.e. 23386, 2022.
[26] Y. Al-Alem, et al. “Circularly polarized ka-band high-gain antenna using printed ridge gap waveguide and 3-D-printing technology,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation,  vol. 71. No. 9 pp. 7644-7649, 2023.
[27] M. Taraji,  E. Baladi, and Marco A. Antoniades. “Compact wideband and high gain horn slot antenna array fed by printed ridge gap waveguide for X band applications”, Scientific Reports, vol. 15, no.1,  pp. 17627, 2025.
[28] N. Marcuvitz, “Waveguide Handbook”, MIT Radiation Laboratory Series, vol. 10. New York, McGraw-Hill, 1948.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار