استفاده از ساختارهای باند شکاف الکترومغناطیسی در طراحی، شبیه‌سازی و ساخت آنتن آرایه‌ای چند‌ورودی – چند‌خروجی با قطبش دایروی و مشخصات بهبود‌یافته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه برق، دانشکده فنی مهندسی ، واحد نقده، دانشگاه آزاد اسلامی، نقده، ایران

2 گروه برق، دانشکده فنی مهندسی ، واحد ارومیه، دانشگاه آزاد اسلامی، ارومیه، ایران

چکیده

یک آنتن آرایه ای قطبش دایروی باند وسیع چند ورودی – چند خروجی با شبکه تغذیه 2×4 برای کاربردهای باند C ارائه می‌شود. روش‌های مختلفی در آرایه پیشنهادی جهت بهبود مشخصه‌های آنتنی همچون بهره، پهنای باند نسبت محوری، تطبیق امپدانس و اثرات مخرب تزویج متقابل ارائه می‌شود. برای بهبود بیشتر ویژگی قطبش دایروی یک شبکه تغذیه سلسله مراتبی چند‌ورودی- چند‌خروجی 2×4 برای عریض تر کردن پهنای باند استفاده شده است. علاوه بر آن ویژگی چند ورودی- چند خروجی شبکه تغذیه توانایی کنترل قطبش دایروی راستگرد و چپگرد را دارد. ساختار باند شکاف الکترومغناطیسی برای بهبود عملکرد کلی آرایه طراحی و تحلیل می‌شود. در نهایت شکل خاصی از ساختارهای باند شکاف الکترومغناطیسی به لایه خارجی شبکه تغذیه چند ورودی-چند خروجی اعمال می‌شود که منجر به ایزولاسیون بالا در عناصر تشعشعی و شبکه آرایه ای می‌شود. نتایج اندازه‌گیری به دست آمده از آزمایشگاه آنتن، پهنای باند امپدانسی 6/4 تا 3/7 گیگاهرتز برای درگاه یک و 25/4 تا 2/7 گیگاهرتز در درگاه دو و پهنای باند نسبت محوری 3 دسیبل در درگاه یک 9/4 تا65/6 گیگاهرتز و در درگاه دو 7/4 تا 8/6گیگاهرتز می‌باشند. مقدار بهره اندازه گیری شده با مقدار 3/10دسیبل در فرکانس 6 گیگاهرتز اندازه‌گیری می‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Circularly Polarized MIMO Antenna Array with Enhanced Characteristics Using EBG Structure

نویسندگان [English]

  • mahdi jalali 1
  • tohid sedghi 2
1 - Department of Electrical Engineering, Naghadeh Branch, Islamic Azad University, Naghadeh, Iran
2 Department of Electrical Engineering, Urmia Branch, Islamic Azad University, Urmia, Iran
چکیده [English]

Abstract: A broadband circularly polarized MIMO antenna array with a 2×4 feed network was proposed for C-band application. Different unique techniques were utilized in the proposed array to enhance the antenna characteristics, such as gain, 3dB Axial Ratio Bandwidth (ARBW), impedance tuning, and ruinous mutual coupling effects. For a better improvement of circular polarization features, a 2*4 MIMO Sequentially Rotated (MIMO-SR) feed network was used to achieve broader 3dB ARBW. Besides, the MIMO feature of the feed network could control the left- and right-handed CP, respectively. Moreover, electromagnetic band-gap structure was applied to enhance the overall performance of antenna array. Ultimately, specific forms of slot and slit structures were applied onto the top layer of MIMO feed network that provided a high isolation between the radiating elements and array network. The extracted measured results illustrated an impedance bandwidth of 4.6-7.3 GHz at port 1 and 4.25-7.2 GHz at port 2 for VWSR

کلیدواژه‌ها [English]

  • Circular Polarization
  • MIMO
  • Axial-Ratio
  • Impedance Bandwidth
  • Electromagnetic band-gap structure

مراجع

[1] M. K. A. Nayan, M. F. Jamlos, and M. A. Jamlos,“ Circularly Polarized MIMO Antenna Array For Point-To-Point Communication,” Microwave and Optical Technology Letters, vol. 57, no. 1, pp. 242–247, 2015.
[2] Chun-Xu Mao and Qing-Xin Chu,” Compact Coradiator UWB-MIMO Antenna with Dual Polarization,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 59, no. 5, pp. 4474 – 4480, 2014.
[3] S.Baek and S.Lim,“ Compact planar MIMO antenna array with Polarization diversity on single layer,” Electronics Letters vol. 46 no. 13 June , pp. 880–882, 2010.
[4] Sultan Shoaib, Imran Shoaib, Nosherwan Shoaib, Xiaodong Chen and Clive G. Parini,“ Design and Performance Study of a Dual- Element Multiband Printed Monopole Antenna Array for MIMO Terminals,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol.13, pp. 329 – 332, 2014.
[5] Jian-Feng Li, Qing-Xin Chu, and Tian-Gui Huang,“ A Compact Wideband MIMO Antenna with Two Novel Bent Slits,” IEEE Transaction on Antennas and Propagation, VOL. 60, NO. 2, pp. 482 - 489, 2012.
[6] P. de Maagt, R. Gonzalo, Y. C. Vardaxoglou, and J. M. Baracco, “Electromagnetic bandgap antennas and components for microwave and millimeter wave applications,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol.51, no.10I, pp. 2667–2677, 2003.
[7] F. Yang and Y. Rahmat-Samii, “Applications of electromagnetic band-gap (EBG) structures
in microwave antenna designs,” Microw. Millimeter Wave Technol., pp. 528–553, Aug. 2002.
[8] D. Nashaat,, H. A. Elsadek,, E.A. Abdallah, M. F. Iskander, , and H. M. El. Hennawy, “Ultrawide Bandwidth 2×2 Microstrip Patch Array Antenna Using Electromagnetic Band- Gap Structure (EBG),” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 59, no. 5, pp. 1528–1534, May. 2011.
[9] Q. Li, A. P. Feresidis, “Miniaturised Slit-Patch EBG Structures For Decoupling PIFAs on Handheld Devices,” Loughborough Antennas & Propagation Conference ,Loughborough, UK, pp. 1-4, 14-15 November 2011,
[10] Jalali, M., Naser-Moghadasi, M., & Sadeghzadeh, R. Dual circularly polarized multilayer MIMO antenna array with an enhanced SR-feeding network for C-band application. International Journal of Microwave and Wireless Technologies, Vol. 9, no. 8, pp. 1741-1748, 2017.
[11] T. Aribi, M. Naser-Moghadasi, and R. A. Sadeghzadeh,“ Broadband Circularly Polarized Beam-Steering Antenna Array for Wireless Applications,” Microwave and Optical Technology Letters, vol. 56, no. 12, pp. 2813-2816, 2014.
[12] Nasimuddin, X. Qing and Z. N. Chen,“ Dualsquare- ring-shaped slot antenna for wideband circularly polarized radiation,” Microwave and Optical Technology Lett., vol. 56, no. 11, pp. 2645-2649, 2014.
[13] Wen-Chao Zheng, Long Zhang, Qing-Xia Li, Yuan Zhou, Rong Rong,“ Dual-Band Dual- Polarization Compact Bowtie Antenna Array for Anti-Interference MIMO WLAN,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 62, no. 1, pp.237-246, 2014.
[14] Chow-Yen-Desmond Sim,“ Conical Beam Array Antenna with Polarization Diversity,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 60, no. 10, pp. 4568 – 4572, 2012.
[15] Xue Ming Ling and RongLin Li, “A Novel Dual-Band MIMO Antenna Array with Low Mutual Coupling for Portable Wireless Devices,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol.10, pp. 1039 – 1042, 2011.
[16] Marko Sonkki Eva Antonino-Daviu, Marta Cabedo-Fabrés, Miguel Ferrando-Bataller, and Erkki T. Salonen,“ Improved Planar Wideband Antenna Element and Its Usage in a Mobile MIMO System,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol.11, pp. 826 – 829, 2012.
[17] A. Grbic and G. V. Eleftheriades, "Periodic analysis of a 2-D negative refractive index transmission line structure," Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, vol. 51, pp. 2604-2611, 2003.
[18] A. Grbic and G. V. Eleftheriades, "Dispersion analysis of a microstrip-based negative refractive index periodic structure," IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 13, pp. 155-157, 2003.
[19] T. Kokkinos, C. D. Sarris, and G. V. Eleftheriades, "Periodic finite-difference timedomain analysis of loaded transmission-line negative-refractive-index metamaterials," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 53, pp. 1488-1495, 2005.
[20] Guihong Li, Huiqing Zhai,Zhihui Ma, Changhong Liang, Rongdao Yu, and Sheng Liu,“ Isolation-Improved Dual-Band MIMO Antenna Array for LTE/WiMAX Mobile Terminals,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol.13, pp. 1128 – 1131, 2014.
[21] Yue Li, Zhijun Zhang, Changjiang Deng, Zhenghe Feng, and Magdy F. Iskander” 2-D Planar Scalable Dual-Polarized Series-Fed Slot Antenna Array Using Single Substrate,” IEEE transactions on antennas and propagation, vol. 62, no. 4, pp. 2280 – 2283, 2014.
[22] C. R. Paul, Analysis of multiconductor transmission lines. New York: J. Wiley, 1994.
[23] T. Kokkinos, C. D. Sarris, and G. V. Eleftheriades, "Periodic finite-difference timedomain analysis of loaded transmission-line negative-refractive-index metamaterials," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 53, pp. 1488-1495, 2005.
[24] H. Xin, "Series Transmission Line Network Representation of Planar Left-handed Materials," 7th International Symposium on Antennas, Propagation & EM Theory, pp. 1-4, 2006.
[25] M. Kazerooni and M. Aghalari,“ Size Reduction and Harmonic Suppression of Ratrace Hybrid Coupler Using Defected Microstrip structure,” Progress in Electromagnetics Research C, vol. 26, pp. 87– 96, 2011.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 21 دی 1397
  • تاریخ بازنگری: 11 خرداد 1398
  • تاریخ پذیرش: 06 تیر 1398
  • تاریخ اولین انتشار: 01 شهریور 1398

اشتراک گذاری

ارجاع به این مقاله

آمار