نشریه علمی پژوهش های نوین در سامانه های دفاع الکترونیکی

نشریه علمی پژوهش های نوین در سامانه های دفاع الکترونیکی

آنتن آرایه‌ ای موج میلی‌متری فرامواد برای کاربردهای بی‌سیم نسل پنجم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
استادیار، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تاکستان، تاکستان،ایران
10.22034/joeds.2024.490549.1069
چکیده
سیستم‌های ارتباطی بی‌سیم نسل پنجم از باندهای فرکانسی موج میلی‌متری بهره می‌برند تا به طیف‌های بسیار گسترده‌ای دست یابند که امکان انتقال داده با نرخ‌های فوق‌العاده بالا را فراهم می‌کند. برای پاسخ‌گویی به نیازهای پیچیده و پیشرفته این سیستم‌ها، طراحی آرایه‌های آنتن با عملکرد بهینه و بهره‌وری بالا، امری ضروری و اجتناب‌ناپذیر است. در این مقاله، طراحی و تحلیل عملکرد آرایه‌های آنتن موج میلیمتری با بهره‌مندی از ویژگی‌های مطلوب فرامواد به صورت تک عنصری، ۲ × ۱ و ۴ × ۱ پیشنهاد شده است. عناصر آنتن پیشنهادی بر روی زیرلایه‌ Rogers 5880 (با مشخصات الکتریکی ε_r=2.2 و h=0.35 mm) برای کار در فرکانس مرکزی ۳۸ گیگاهرتز طراحی شده‌اند. در شبیه‌سازی آنتن پیشنهادی تک عنصری، ۲ × ۱، و ۴ × ۱، تلفات برگشتی، پهنای باند، بهره، نسبت موج ایستاده ولتاژ و بازده کل به ترتیب برابر است با: -۸۲.۹۵ دسی‌بل، -۶۷.۱ دسی‌بل، -۶۹.۱۲ دسی‌بل؛ ۱.۹۷۱ گیگاهرتز، ۲.۲۷۸ گیگاهرتز، ۴.۷۰۴ گیگاهرتز؛ ۷.۳۶ دسی‌بل، ۹.۱۱ دسی‌بل، ۱۱.۴ دسی‌بل؛ ۱.۰۰۱۴۳۲، ۱.۰۰۰۹، ۱.۰۰۰۷؛ و ۹۵.۵۵٪، ۹۴.۰۱٪، ۹۵.۸۷٪. استفاده از فرامواد، توزیع جریان روی پچ تشعشعی را بهینه نموده و میدان‌های لبه‌ای را در حاشیه پچ تقویت می‌کند که این تغییرات منجر به افزایش بازده تشعشعی آنتن و کاهش چشمگیر تلفات موج سطحی در صفحه زمین آنتن می‌شود. آنتن آرایه‌ای پیشنهادی با رفع نقاط ضعف موجود در طراحی‌های پیشین، ضمن بهبود پارامترهای کلیدی، توانسته‌اند نیازهای سیستم‌های ارتباطی نسل پنجم را در باندهای فرکانسی موج میلی‌متری با کارایی بالا برآورده سازند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Metamaterial millimeter-wave array antenna for 5G wireless applications

نویسنده English

Asghar Bakhtiari
Azad university takestan
چکیده English

Fifth-generation (5G) wireless communication systems utilize millimeter-wave frequency bands to achieve ultra-wide bandwidth for high-data-rate transmission. To meet the system's requirements, optimal design of high-performance antenna arrays is essential. Therefore, this paper proposes the design and performance analysis of metamaterial-inspired millimeter-wave antenna arrays in single, 2x1, and 4x1 configurations. The antenna elements, operating at a center frequency of 38 GHz, are designed using Rogers 5880 as the substrate material with a dielectric constant of 2.2 and a thickness of 0.35 mm. In the simulated design of the single, 2x1, and 4x1 arrays, the return loss, bandwidth, gain, voltage standing wave ratio (VSWR), and total efficiency are -82.95 dB, -67.1 dB, -69.12 dB; 1.971 GHz, 2.278 GHz, 4.704 GHz; 7.36 dB, 9.11 dB, 11.4 dB; 1.001432, 1.0009, 1.0007; and 95.55%, 94.01%, 95.87%, respectively. Compared to previous works, considering the impact of metamaterials on the radiator and ground plane of microstrip patch antennas, improved performance is achieved. The selected type of metamaterial alters the radiation current distribution of the patch, enhancing the edge fields at the patch edges, which improves antenna radiation and reduces surface wave losses in the ground plane of the radiators. The proposed antenna arrays address the shortcomings of older designs and meet the needs of 5G communication systems.

کلیدواژه‌ها English

'Meta-material'
'Split Ring Resonator (SRR)'
'milimeterwave'
'Directivity'