شبیه سازی، مطالعه پارامتری و ساخت ساختار موج آهسته برای استفاده در آنتن‌های شکافدار خطی شعاعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران

2 استادیار، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران

3 استاد، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

چکیده

آنتن آرایه‌ای شکافدار خطی شعاعی (RLSA) از نوع آنتن‌‌‌‌های آرایه‌‌‌‌ای صفحه‌‌‌‌ای با بازدهی بالا است که برای تولید پلاریزاسیون دایروی به کار می‌‌‌‌رود. در این آنتن‌ها برای از بین بردن گلبرگ‌‌های مزاحم ناشی از آرایه‌‌ای بودن ساختار، موجبر طبقه‌‌ی دوم را با یک ماده‌‌ی دی‌‌الکتریک پر می‌‌کنند. همه‌‌ی توان ورودی به آنتن باید از یک فضای محدود که شامل دی‌‌الکتریک، هوا و فلز است عبور کند. این فضا دارای گوشه‌‌هایی است که شدت میدان الکتریکی در آن بسیار زیاد خواهد بود و بنابراین در توان‌‌های بالا ظرفیت انتقال توان آنتن را کاهش خواهد داد. به همین دلیل به‌‌جای استفاده از دی‌‌الکتریک در فضای بین دو موج‌‌بر از یک ساختار موج آهسته شعاعی استفاده می‌‌شود. در این مقاله ابتدا تحلیل ریاضی ساختار موج آهسته با تکیه بر تئوری فلوکه انجام شده است. سپس یک ساختار موج آهسته برای استفاده در یک آنتن آرایه‌ای شکافدار خطی شعاعی در فرکانس 10/2 طراحی، شبیه‌سازی و بهینه‌سازی شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که کمینه‌ی ضریب بازتاب 20/8- و پهنای باند آن 251MHz است. در نهایت یک نمونه از آنتن شبیه‌سازی شده با استفاده از ساختار پیشنهادی ساخته شد. تحلیل توان آنتن نشان داد که حداقل توان قابل تحمل آنتن 625MW است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Simulation, parametric study and fabrication of slow wave structure for use in Radial Line Slot Array (RLSA) Antennas

نویسندگان [English]

  • Fallah Mohammadzadeh 1
  • ali hasani 2
  • Mohammad khalaj Amirhosseini 3
1 PhD student, Imam Hossein University (AS), Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Imam Hossein University (AS), Tehran, Iran
3 Professor, University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Radial line slot array (RLSA) antennas are a type of high-efficiency plane array antenna used to generate circular polarization. In these antennas, the second-floor wave-guide is filled with a dielectric material to eliminate the grating lobes caused by the array of structures. All input power to the antenna must pass through a confined space that includes dielectric, air, and metal. This space has corners where the intensity of the electric field will be very high and, therefore, at high powers, will reduce the power transmission capacity of the antenna. For this reason, instead of using a dielectric in the space between two wave-guides, a slow radial wave structure is used. In this paper, first, a mathematical analysis of slow-wave structure is performed based on the Fluke theory. Next, a slow-wave structure is designed, simulated, and optimized for use in a 10.2 GHz Radial line slot array antenna.

The simulation results showed that the minimum reflection coefficient is -20 dB, and its bandwidth is 251 MHz. Finally, a prototype of the simulated antenna was constructed using the proposed structure. Antenna power analysis showed that the minimum tolerable antenna power is 625 MW.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Radial line slot array antenna (RLSA)
  • Slow wave structure (SWS)
  • Floquet theory
  • High power microwave

Smiley face

مراجع

[1]     K. Zhang, D. Li, K. Chang, K. Zhang, & D. Li, "Electromagnetic theory for microwaves and optoelectronics," Springer, 1998.
[2]     G. A. T. Warren L. Stutzman, "Antenna Theory and Design," Wiley, 2012, p. 848.
[3]     H. Arai, "Radial Line Slot Antennas," in Handbook of Antenna Technologies, Z. N. Chen, D. Liu, H. Nakano, X. Qing, and T. Zwick, Eds. Singapore: Springer Singapore, pp. 1773-1785, 2016,
[4]     A. H. W. Beck, "Space charge waves, and slow electromagnetic waves," 1958.
[5]     A. F. Harvey, "Periodic and Guiding Structures at Microwave Frequencies," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 8, no. 1, pp. 30-61, 1960.
[6]     A. Tamayo-Domínguez, J.-M. Fernández-González, & M. Sierra-Castañer, "Monopulse RLSA antenna with gap-waveguide feeding network for space debris radar at 94 GHz," in 2018 48th European Microwave Conference (EuMC), pp. 400-403, 2018.
[7]     A. Mazzinghi, M. Albani, A. J. I. A. Freni, & P. Magazine, "LP-RLSA design for low-cost transportable BASYLIS radar [antenna applications corner]," vol. 55, no. 5, pp. 275-285, 2013.
[8]     M. Ando, K. Sakurai, N. Goto, K. Arimura, Y. J. I. t. o. a. Ito, & propagation, "A radial line slot antenna for 12 GHz satellite TV reception," vol. 33, no. 12, pp. 1347-1353, 1985.
[9]     M. Ando, S. Ito, H. Kawasaki, & N. Goto, "Design of a radial line slot antenna with improved input VSWR," Electronics and Communications in Japan (Part I: Communications), vol. 71, no. 9, pp. 76-91, 1988.
[10]   C. A. Balanis, "Antenna theory: a review," Proceedings of the IEEE, vol. 80, no. 1, pp. 7-23, 1992.
[11]   K. Kelly, F. J. I. T. o. A. Goebels, & Propagation, "Annular slot monopulse antenna arrays," vol. 12, no. 4, pp. 391-403, 1964.
[12]   M. Ando, K. Sakurai, N. J. I. T. o. A. Goto, & Propagation, "Characteristics of a radial line slot antenna for 12 GHz band satellite TV reception," vol. 34, no. 10, pp. 1269-1272, 1986.
[13]   M. Takahashi, J. Takada, M. Ando, & N. Goto, "Characteristics of small-aperture, single-layered, radial-line slot antennas," in IEE Proceedings H (Microwaves, Antennas and Propagation), vol. 139, no. 1, pp. 79-83, 1992.
[14]   M. Takahashi., "Dual circularly polarized radial line slot antennas," vol. 43, no. 8, pp. 874-876, 1995.
[15]   P. W. Davis, M. E. J. I. A. Bialkowski, & P. Magazine, "Linearly polarized radial-line slot-array antennas with improved return-loss performance," vol. 41, no. 1, pp. 52-61, 1999.
[16]   A. Akiyama., "High gain radial line slot antennas for millimetre wave applications," vol. 147, no. 2, pp. 134-138, 2000.
[17]   Y. Kim, J. Lee, H. Chae, J. Park, S.-C. Kim, & S. J. E. L. Nam, "60 GHz band radial line slot array antenna fed by rectangular waveguide," vol. 38, no. 2, pp. 59-60, 2002.
 
[18]   J. F. González, P. Padilla, G. Expósito-Domínguez, M. J. I. A. Sierra-Castañer, & W. P. Letters, "Lightweight portable planar slot array antenna for satellite communications in X-band," vol. 10, pp. 1409-1412, 2011.
[19]   J. Xu, Z. N. Chen, X. J. I. T. o. A. Qing, & Propagation, "270-GHz LTCC-integrated strip-loaded linearly polarized radial line slot array antenna," vol. 61, no. 4, pp. 1794-1801, 2012.
[20]   T. Nguyen., "An equivalent double layer model for a fast design and analysis of high gain-multilayer radial line slot antennas," vol. 96, no. 11, pp. 2891-2900, 2013.
[21]   C.-W. Yuan, S.-R. Peng, T. Shu, Z.-Q. Li, H. J. I. T. o. A. Wang, & Propagation, "Designs and experiments of a novel radial line slot antenna for high-power microwave application," vol. 61, no. 10, pp. 4940-4946, 2013.
[22]   Y. J. I. T. o. A. Rahmat-Samii & Propagation, "Useful coordinate transformations for antenna applications," vol. 27, no. 4, pp. 571-574, 1979.
[23]   S. Peng, C. Yuan, & T. Shu, "Analysis of a high power microwave radial line slot antenna," Review of Scientific Instruments, vol. 84, no. 7, p. 074701, 2013.
[24]   H. Sasazawa, Y. Oshima, K. Sakurai, M. Ando, N. J. I. t. o. a. Goto, & propagation, "Slot coupling in a radial line slot antenna for 12-GHz band satellite TV reception," vol. 36, no. 9, pp. 1221-1226, 1988.
[25]  X. Pan, C. G. Christodoulou, J. Lawrance, J. McConaha, & M. Landavazo, "Cold & hot tests of an S-band antenna for high power microwave systems," presented at the 2017 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting, 2017. Available: http://dx.doi.org/10.1109/apusncursinrsm.2017.8072356
رادار
دوره 9، شماره 2 - شماره پیاپی 26
شماره پیاپی26، فصلنامه پاییز و زمستان
آذر 1401
صفحه 119-131

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 24 فروردین 1401
  • تاریخ بازنگری: 12 مهر 1401
  • تاریخ پذیرش: 24 مهر 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار