Lente disomogenea a banda larga con diagramma di radiazione conico

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12907 (2023) Citare questo articolo

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Questo manoscritto presenta un'antenna a lente con fasci simultanei a fiancata e conici. L'obiettivo è progettato per la banda Ku utilizzando il metodo di inserimento dei raggi. Il modello di radiazione conico proposto è a banda larga grazie al buon adattamento con la sorgente e l'ambiente circostante. La simulazione viene condotta utilizzando il solutore CST Microwave Studio. Invece delle complesse forme di antenna utilizzate in altri lavori, un semplice anello patch circolare e un connettore RF vengono utilizzati come alimentazione della lente per generare rispettivamente modelli conici a lato largo e omnidirezionali. Per convalidare le prestazioni dell'obiettivo progettato e della sua antenna di alimentazione a due porte, la struttura dell'obiettivo è realizzata e fabbricata utilizzando il metodo di stampa 3D. Per costruire la lente in questo lavoro viene utilizzato il materiale plastico polietilene tereftalato glicole (PETG). Le caratteristiche elettromagnetiche del PETG nella banda Ku vengono misurate accuratamente. I risultati delle simulazioni e degli esperimenti dimostrano le buone prestazioni dell'obiettivo progettato su un'ampia larghezza di banda di frequenza. Il vantaggio di questa struttura progettata rispetto ad altri lavori è l'elevato guadagno e l'ampia larghezza di banda.

La comunicazione dati wireless ad alta velocità è necessaria per molte applicazioni che implicano antenne a banda ultralarga e ad alto guadagno. Negli ultimi anni, le antenne con diagramma di radiazione conico sono state utilizzate in varie applicazioni come trasferimento dati ad alta velocità, settore automobilistico, cancellatori di lobi laterali nei radar, rilevamento medico, ricezione satellitare e comunicazione mobile1,2,3,4,5,6, 7. Il diagramma di radiazione del fascio conico è utile per applicazioni indipendenti da un diagramma di radiazione omnidirezionale orizzontale per fornire il miglior rapporto prestazioni/costi, come i sistemi di localizzazione satellitare4,8. Recentemente alcune ricerche si sono concentrate sulla gamma di frequenze della banda Ku per i sistemi di comunicazione ad alta frequenza9. I sistemi con due fasci laterali e conici sono stati sviluppati in antenne con alimentazione simultanea10 o commutabile11. Per aumentare l'affidabilità di un sistema di comunicazione, è possibile prendere in considerazione antenne con diversità di pattern sul ricetrasmettitore12,13.

Recentemente, sono stati proposti diversi metodi per progettare un'antenna con schema conico a banda larga, come alcune forme del monopolo planare14,15,16, patch circolare a microstriscia troncata con substrato17, guida d'onda coassiale a estremità aperta18, conversione di modalità in una guida d'onda circolare19 e antenne radialmente antenna a slot schierata10,20. Diverse modalità di risonanza delle antenne patch circolari possono essere eccitate per irradiare modelli conici e laterali21,22. L'adozione di due porte separate con diverse modalità di irradiazione per una singola antenna patch è un altro metodo per ottenere diversità di pattern23.

Esistono diversi metodi per avere un'antenna con fascio di radiazione a banda larga e ad alta direttività. Gli array di trasmissione planari e gli array di riflessione progettati sulla base di superfici selettive in frequenza (FSS)24,25 o dielettrici omogenei26 e disomogenei27 sono alcuni metodi per ottenere schemi di radiazione ad alto guadagno. La complessità della costruzione, la larghezza di banda limitata e la realizzazione di più strati separati sono alcuni dei principali inconvenienti dei metodi basati sui metamateriali. Negli ultimi anni sono stati introdotti diversi metodi per migliorare le prestazioni delle strutture metamateriali. Le prestazioni ottimali e la semplicità dei processi di produzione sono alcuni dei vantaggi delle strutture metamateriali28,29. Introduce profili di fase separati in due canali circolari che preservano la polarizzazione, consentendo immagini olografiche separate in due campi preservati dalla polarizzazione con diverse distanze di propagazione. È progettato con cinque strati metallici separati da quattro strati dielettrici ed è passivo, senza perdite e reciproco. Le lenti dielettriche sono un'altra opzione adatta per collimare il fascio della fonte di alimentazione nella direzione anteriore o modellare il diagramma di radiazione desiderato30,31,32,33.