طراحی آنتن آرایه انعکاسی هدایت‌گر پرتو غیرفعال با استفاده از عناصر غیریکنواخت به‌منظور بهبود پهنای پرتو اصلی و سطح گلبرگ جانبی

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر - دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

چکیده

در این مقاله یک آنتن آرایه انعکاسی غیریکنواخت هدایت‌گر پرتو در باند X پیشنهاد شده است. پهنای پرتو توان dB10- آنتن  پیشنهادی به حدود °17 و سطح گلبرگ جانبی اول آن به dB18- رسیده است که نسبت به کارهای مشابه گذشته کاهش چشمگیری محسوب می‌شود. در این آنتن چرخش پرتو با استفاده از جابجایی جزئی یک عنصر بزرگ، به عنوان زمین ساختار، انجام گرفته است. متناسب بودن توزیع فاز آرایه انعکاسی با تغییرات فاز عنصر بکار گرفته شده در آن موجب شده است که جابجایی صفحه زمین در رفتار فازی آرایه انعکاسی غیریکنواخت حداقل تأثیر را داشته باشد و شیفت فاز به وجود آمده الگوی میدان راه دور آن را خراب نکند. نشان داده شده است که با جابجایی زمین در حدود 0.05λ± ، می‌توان پرتو آنتن را در حدود °10± نسبت به محور عمود بر آنتن چرخاند. در این آنتن چرخش پرتو بدون استفاده از ادوات فعال مایکروویوی صورت گرفته است و از این حیث بسیاری از مشکلات مدارهای فعال مانند دشواری بایاس، تلفات ادوات، توان قابل تحمل پایین و ... وجود نخواهد داشت. در پایان، جهت اعتباربخشی به طرح پیشنهادی، یک نمونه آرایه انعکاسی توسط نرم‌افزار تمام‌ موج الکترومغناطیسی شبیه‌سازی شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design of Steerable Passive Reflect array Using Non-uniform Elements for Main Beam and Side Lobe Level improvement

نویسندگان [English]

  • R. Asgharian
  • B. Zakeri
  • M. Yazdi
  • S. Samadi
Faculty of Electrical and Computer Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Mazandaran, Iran
چکیده [English]

In this paper, a X-band beam steerable non-uniform reflectarray antenna is proposed. The -10dB power beamwidth and side lobe level of the proposed antenna are respectively 17° and -18dB which show significant improvement proportional to previous works. The beam steering is carried out with a small movement of a large element, i.e. the ground plane of the antenna. It is shown that the ground plane movement has negligible effect on the reflectarray phase characteristic, as a consequence of the proportionality between reflectarray phase distribution and element phase variation. This ensures that the distortion of far-field pattern is avoided. About ±10° tilt of antenna beam from the broadside is achieved with ±0.05λ ground movement. In the proposed structure beam steering capability is provided using passive elements which eliminates the problems of using active circuits such as bias difficulties, component losses and low power handling. After describing design procedure completely, the proposed antenna is simulated with an electromagnetic full-wave software and the results are validated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Non-uniform reflectarray
  • Beam steering
  • Beamwidth reduction
  • Side lobe level suppression
[1]      علی‌اکبر دسترنج، «آنتن حلزونی ارشمیدسی چهاربازویی در باند فرکانسی 2 تا 4 گیگاهرتز برای سیستم‌های ردگیری مونوپالس اهداف هوایی»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره 47، شماره 3، صفحه 1033-1025، 1396.
[2]      ایمان مجیدی، حسین همتی و سید حسن صدیقی، «طراحی آنتن چهارتایی شکافی فشرده با قطبش دایروی برای به‌کارگیری در گیرنده GPS»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره 46، شماره 4، صفحه 306-299، 1396.
[3]      P. Nayeri, F. Yang and A. Z. Elsherbeni, “Beam-scanning reflectarray antennas: a technical overview and state of the art,” IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 57, no. 4, pp. 32-47, 2015.
[4]      S. V. Hum and J. Perruisseau-Carrier, “Reconfigurable reflectarrays and array lenses for dynamic antenna beam control: a review,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 62, no. 1, pp. 183-198, 2014.
[5]      زهرا حبیبی، مرتضی کازرونی، حسین محسنی ارمکی و عماد حمیدی، «ارائه یک روش کاربردی جهت کالیبراسیون آنتن‌های آرایه فازی»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره 45، شماره 4، صفحه 84-79، 1394.
[6]      E. Brookner, “Phased-array radars: past, astounding breakthroughs and future trends,” Microwave Journal, vol. 51, no. 1, pp. 30-50, 2008.
[7]      M. E. Bialkowski and K. H. Sayidmarie, “Investigations into phase characteristics of a single-layer reflectarray employing patch or ring elements of variable size,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 56, no. 11, pp. 3366-3372, 2008.
[8]      S. M. A. Momeni Hasan Abadi, J. H. Booske and N. Behdad, “Macro-electro-mechanical systems (MEMS) based concept for microwave beam steering in reflectarray antennas,” Journal of Applied Physics, vol. 120, no. 5, 2016.
[9]      J. Shaker, M. R. Chaharmir and J. Ethier, Reflectarray Antennas: Analysis, Design, Fabrication, and Measurement, Artech House, 2013.
[10]      J. Huang, Reflectarray Antenna, John Wiley & Sons, 2007.
[11]      A. K. Bhattacharyya, Phased Array Antennas: Floquet Analysis, Synthesis, BFNs and Active Array Systems, John Wiley & Sons, 2006.
[12]      A. H. Abdelrahman, F. Yang, A. Z. Elsherbeni and P. Nayeri. “Analysis and design of transmitarray antennas,” Synthesis Lectures on Antennas, vol. 6, no. 1, pp. 1-175, 2017.
[13]      C. A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, Third edition, John Wiley & Sons, 2005.
D. Sievenpiper, J. Schaffner, R. Loo, G. Tangonan, S. Ontiveros and Rick Harold, “A tunable impedance surface performing as a reconfigurable beam steering reflector,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 50, no. 3, pp. 384-390, 2002.