유전체 공진기를 이용한 유전체봉 안테나의 새로운 평면 급전 방식

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9242(2023) 이 기사 인용

측정항목 세부정보

이 기사에서는 유전체 공진기 안테나를 사용하여 유전체 막대 안테나의 표면파를 여기시키는 새로운 방법을 제안합니다. 이 방법은 테플론으로 만들어진 중공 원통형 유전체 막대 안테나 내부에 유전 상수가 10.2인 직사각형 유전체 공진기 안테나를 수용하는 것과 관련됩니다. 유전체 공진기 안테나의 \({TE}_{111}^{y}\) 및 \({TE}_{113}^{y}\) 모드를 자극함으로써 표면파가 테플론을 따라 발사될 수 있습니다. 튜브. 이 방법은 기판에 수직인 방향으로 최대 방사가 바람직한 평면 회로와 유전체 막대 안테나를 통합하는 이점을 제공합니다. 다른 평면형 공급 방법과 비교하여 이 기술은 후엽과 측엽 수준을 낮추게 됩니다. 제안된 구조를 제작하고 성능을 측정하기 위한 테스트를 진행하였습니다. 측정 결과는 7.35~9.4GHz에서 22%의 임피던스 대역폭과 14dB의 최대 이득을 나타냅니다. 또한, 제안된 안테나의 시뮬레이션 방사 효율은 전체 대역에서 90% 이상이다.

유전체 막대 안테나는 넓은 임피던스 대역폭, 높은 이득, 안정적인 방사 패턴 및 높은 방사 효율로 인해 밀리미터파 대역에서 사용하기에 탁월한 후보입니다1,2,3. 안테나 구조에 금속을 최소한으로 사용하여 높은 방사 효율을 제공합니다. 저주파에서 이 안테나는 반사기 안테나4의 피드 시스템으로 사용되는 반면, 밀리미터파 범위에서는 회로와 직접 통합됩니다. 작동 메커니즘을 이해하고 이러한 안테나의 방사 특성을 예측하기 위해 수많은 이론적 및 실험적 연구가 수행되었습니다5,6. 마이크로파와 밀리미터파 주파수 대역 모두에서 많은 긍정적인 특징으로 인해 다양한 통신 응용 분야에서 널리 사용됩니다7,8,9,10. 최근에는 집적 회로 요소 간 온칩 상호 연결 통신을 위한 테라헤르츠 및 광 대역의 효율적인 안테나로 도입되었습니다. 그러나 이 안테나를 자극하려면 비평면 도파관 구조가 필요하기 때문에 이를 평면 회로와 통합하는 것은 어려운 일입니다.

유전체 막대 안테나는 평면 ​​및 비평면 구조 모두에서 다양한 방식으로 여기될 수 있습니다. 예를 들어, 15에서는 V자 모양의 트윈 와이어 테이퍼형 가로 전자기 도파관이 유전체 막대 안테나에 전력을 공급하는 데 사용되었습니다. 이 급전 구조는 넓은 임피던스 대역폭을 생성했지만 평면 구조에 통합하는 기능이 부족합니다. 또 다른 연구16에서는 유전체 막대 안테나를 자극하기 위해 사각형 금속 도파관과 원뿔형 혼을 사용했습니다. 또한 두 개의 수직 마이크로스트립에서 도파관으로의 전환이 도파관을 자극하기 위해 사용되어 도파관에서 두 개의 직교 모드가 여기되었습니다. 금속 도파관이나 기타 비평면 급전 네트워크를 사용하여 유전체 막대 여기를 수행한 문헌에서 여러 가지 다른 작업을 찾을 수 있습니다. 그러나 여기서는 간결성을 위해 검토하지 않습니다17,18,19,20,21,22,23.

mm-wave 기지국 및 자동차 레이더와 같은 특정 애플리케이션에서는 안테나를 자극하기 위해 평면 급전 구조가 필요합니다. 이 방법을 사용하면 유전체 막대 안테나를 더 쉽게 배열할 수 있습니다. 예를 들어, in24에서 저자는 접지면의 접힌 슬롯 구멍을 사용하여 안테나에 전원을 공급했습니다. 그러나 이 방법은 방사 패턴의 후엽으로 인해 적용이 제한적입니다. 이 글에서는 이 먹이주기 방법과 우리가 제안한 방법을 비교해 보겠습니다. 다른 유사한 연구에서도 슬롯 자극을 사용했습니다. 최종 화재 방사 패턴을 초래하는 대체 평면 공급 방법이 있습니다.

우리 연구에서는 처음으로 유전체 공진기 안테나(DRA)를 사용하여 유전체 막대 안테나에 전원을 공급하는 새로운 접근 방식을 소개합니다. 직사각형 DRA는 긴 테플론 튜브 내부에 배치되고 슬롯 구멍에 의해 아래에서 여기됩니다. DRA를 사용하면 안테나의 역방사를 최소화하면서 마이크로스트립 라인에서 유전체 막대로의 전자기 결합이 향상됩니다. 이 방법과 슬롯 구멍을 통한 공급 간의 주요 차이점은 방사 패턴의 측면 로브와 후면 로브 수준을 최적화하는 능력에 있습니다.