کوچک‌سازی آنتن ریزنوار با استفاده از رولایه مبتنی بر ابر سطح الکترومغناطیسی

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق - دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در این مقاله از ابر سطح الکترومغناطیسی جدیدی جهت کوچک‌سازی آنتن ریزنوار استفاده شده است. این ابر سطح در بالای آنتن (به‌صورت رو لایه) قرار داده‌شده است. هدف اصلی در اینجا، کاهش اندازه ابعاد آنتن هست. بنابراین، رو لایه به‌طور مستقیم روی آنتن اصلی بدون هیچ فاصله هوایی قرار می‌گیرد. برای مقایسه و نشان دادن میزان کوچک‌سازی انجام شده، یک آنتن دیگر که در فرکانس آنتن کوچک‌سازی شده تشدید می‌کند (حتی‌الامکان با عملکردی نزدیک به عملکرد آنتن ازنظر پارامترهای تشعشعی)، در نرم‌افزار طراحی شده و پارامترهای دو آنتن نظیر اندازه، بهره تشعشعی، بازدهی تشعشعی، پهنای باند و تطبیق باهم مقایسه شده‌است. با این کار امکان کوچک‌سازی ساختار کلی آنتن تا حدود 50 درصد فراهم می‌شود. ازآنجاکه در این روش کوچک‌سازی ساختار آنتن اصلی بدون تغییر می‌ماند (حتی تغذیه آنتن جهت تطبیق جابجا نمی‌شود و ابعاد آنتن نیز بدون تغییر می‌ماند)، می‌توان تغییر و بهبود پارامترهای آنتن کوچک‌سازی شده (با رولایه مبتنی بر ابر سطح الکترومغناطیسی) را ناشی از تأثیر مستقیم رولایه روی آنتن دانست. نتایج شبیه‌سازی و اندازه‌گیری تأثیر این رولایه را روی پارامترهای آنتن نشان می‌دهند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Patch Antenna Miniaturization Utilizing Metasurface Superstrate

نویسندگان [English]

  • V. Amiri Gooshki
  • M. H. Vadjed Samiei
Faculty of Electrical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper, a new metasurface is proposed for miniaturization of patch antenna. The metasurface is placed on top of the patch antenna (working as a superstrate). The main purpose of this paper is to reduce dimensions of antenna. So the metasurface superstrate is placed on top with no air gap and is in direct contact with the radiating patch. For affirming the reduction in size, another patch antenna, which has the same shape with primary antenna, is designed without using superstrate to operate with approximate similar performance at the frequency of the first antenna with metasurface superstrate. The results show that this method brings size reduction about 50% in the surface of antenna. In this method of miniaturization, the only factor in reducing the resonant frequency of primary antenna is metasurface superstrate (place of feed line and the values of antenna dimensions are not changed). Therefore the antenna radiating parameters are affected just by metasurface superstrate. Consequently simulation measurement results, show effects of metasurface superstrate on the patch antenna characteristic and performance parameters.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Size reduction
  • microstrip patch antenna
  • metasurface Superstrate

مراجع

[1] D. F. Sievenpiper, D .C. Dawson, M. M. Jacob, T. Kanar, S. Kim, J. Long, and R. G. Quarfoth, “Experimental validation of performance limits and design guidelines for small antennas,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 60(1), pp.8-19, 2012.
[2] N. Behdad, M. Li, and Y. Yusuf, “A very low-profile, omnidirectional, ultra wideband antenna,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 12, pp.280-283, 2013.
[3] L. Liu, S. W. Cheung, and T. I. Yuk, “Compact multiple-input–multiple-output antenna using quasi-self-complementary antenna structures for ultra wideband applications,” IET Microwaves, Antennas & Propagation, 8(13), pp.1021-1029, 2014.
[4] C. A. Balanis,  Antenna Theory Analysis and Design, ed. Hoboken, New Jersey, John Wiley & Sons, 2003.
[5] M. U. Khan, M. S. Sharawi, and R. Mittra, “Microstrip patch antenna miniaturization techniques: a review,” IET Microwaves, Antennas & Propagation, 9(9), pp.913-922, 2015.
[6] C. Caloz, and T. Itoh, Electromagnetic metamaterials: transmission line theory and microwave applications, John Wiley & Sons, 2005.
[7] C. L. Holloway, et al. “An overview of the theory and applications of metasurfaces: The two-dimensional equivalents of metamaterials,” IEEE Antennas and Propagation Magazine 54.2, 10-35, 2012.
[8] H. L. Zhu, X. H. Liu, S. W. Cheung, and T. I. Yuk, “Frequency‐Reconfigurable Antenna Using Metasurface,” Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, vol. 62, pp. 80‐85, 2014.
  [9] فرهاد خسروی افوسی، محمدنقی آذرمنش، جواد نورینیا، "به کارگیری ساختارهای EBGبه منظور افزایش پهنای باند و دایرکتیویته ی آنتن میکرواستریپ "مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد ،43 شماره 2.
[10] X. Chen, et al. “Robust method to retrieve the constitutive effective parameters of metamaterials,” Physical Review E 70.1 016608, 2004.
[11] A. M. Nicolson, and G. F. Ross “Measurement of the intrinsic properties of materials by time-domain techniques,” IEEE Transactions on instrumentation and measurement 19.4, 377-382, 1970.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار