Mavzu: 5g sotali aloqa tarmog`ida planar antennalarni qo`llash munadarija kirish I bob. Mobil radiotelefon aloqasi haqida umumiy tushunchalar

2.2.§ Keng polosali planar antenna dizayni
5
0 P kuchlanishli uchburchak tirqishli to'rtburchaklar yamoqdan iborat.­ mikrostripli besleme liniyasi, pastki tomoni esa shaklda ko'rsatilganidek, qisman zamin tekisligini o'z ichiga oladi 1 . Tavsiya etilgan keng polosali antenna Rogers RT/Duroid 5880 substratida qalinligi 0,51 mm, dielektrik o'tkazuvchanligi, e _r = 2,2 va yo'qotish tangensi, tan 5 = 0,0009 bilan yaratilgan. Bitta antenna elementining umumiy o'lchamlari 5,5 x 7,5 mm ^{2 ni tashkil qiladi} .
Umumiy optimallashtirilgan dizayn parametrlari Jadvalda keltirilgan 1 .
Jadval 1. Bitta antennali elementning optimallashtirilgan dizayn parametrlari (mm).

V	L	W P	^LP	Vs	Ls	g
5.5	7.5	4.5	5	3.5	4	0,5
V s 1	Lsi	^Ls2	Wf	Lf	^Lg	-
1	1	3	1.4	2	1.7	-

Dizayn tartibi:





П


(a)

Figure 2. Design process of the proposed single antenna element (a) antenna 1 (b) antenna 2 (c) proposed design.


Figure 3. Step-by-step improvement in Sjj of single element antenna.
Yagona antennali elementni loyihalash jarayoni uchta asosiy bosqichdan iborat. Ushbu qadamlar shaklda ko'rsatilganidek, 1-antenna, 2-antenna va tavsiya etilgan dizayn deb nomlanadi. 2018-03-22 _ Antenna 1 an'anaviy to'rtburchaklar patch elementidan iborat bo'lib, u 50 P orqali oziqlanadi. shaklda ko'rsatilganidek, mikrostripli besleme liniyasi 2 a . 1-antennaning pastki tomonida qisman zamin tekisligi mavjud bo'lib, u keng empedans tarmoqli kengligiga erishish uchun mo'ljallangan. 2-antennada uchburchak uyasi (rasmda ko'rsatilgan 2 b ) to'rtburchak yamoqdan o'yib ishlangan. Yakuniy bosqichda, ya'ni taklif qilingan dizayn shaklda ko'rsatilgan 2 c , past chastota diapazonlarida empedans mosligini yaxshilash uchun mikrostripli besleme liniyasining holati o'zgartirildi. Yagona antenna elementining aks ettirish koeffitsientini (S 11 ) bosqichma-bosqich yaxshilash rasmda ko'rsatilgan. 3 .shaklda ko'rsatilganidek, 33,57 gigagertsli rezonans nuqtasi 3 . Shaklda ko'rsatilganidek, to'rtburchaklar yamoqqa uchburchak tirqishidan so'ng 2 b , antennaning tarmoqli kengligi 27,17 dan 40,29 gigagertsgacha (ya'ni, BW = 13,12 gigagertsli) o'zgarib turadigan 3,8 gigagertsga yaxshilanadi va uning rezonans nuqtasi 35,6 gigagertsga siljiydi. Ushbu ta'sirni rasmdagi grafikdan ko'rish mumkin 3 (qizil egri). Radiatsiya elementida uchburchak tirqishning kiritilishi ikkita foyda keltirishi mumkin: (1) antennaning umumiy o'lchami kamayadi va (2) dizayndagi yuqori tartibli rejimlarni qo'zg'atadi, bu esa kuchaytirilgan empedans tarmoqli kengligiga olib kelishi mumkin.
Besleme liniyasining holati shaklda ko'rsatilgan normal holatdan 0,5 mm ga siljiganida 2 c (tavsiya etilgan dizayn), antenna impedansining tarmoqli kengligi 24,5-43,8 gigagertsli chastota diapazonida (ya'ni, BW = 19,3 gigagertsli) 6,18 gigagertsga yaxshilanadi va u 27 gigagertsli va 38,5 gigagertsli ikkita rezonans nuqtasini ta'minlaydi. Rasm 3 . Besleme liniyasi holatining o'zgarishi yamoq radiatorida sig'imli ta'sirni boshlaydi, natijada induktiv ta'sirni kamaytiradi, natijada sof rezistiv empedans paydo bo'ladi va empedans o'tkazish qobiliyatini oshiradi. Buni rasmdan kuzatish mumkin 4 a , bu erda besleme liniyasi o'rnini o'zgartirish orqali parametrik tadqiqot taqdim etiladi. Rasmdan shuni ta'kidlash mumkinki, besleme liniyasi normal joyda joylashganda (x = 0 va y = 0), antenna 35 gigagertsli markaziy chastotada rezonanslashadi va 28 dan 40 gigagertsgacha bo'lgan impedans tarmoqli kengligini ta'minlaydi. Besleme liniyasining holati 0,5 mm gacha o'zgartirilganda, kuchaytirilgan empedans tarmoqli kengligi kuzatiladi. 0,5 mm dan ortiq qiymatlar uchun antennaning tarmoqli kengligi pasayadi va oxir-oqibat uning rezonansi pastki bantlar tomon siljiydi. Shuning uchun, antennaning elektr uzunligi besleme liniyasining pozitsiyasi maksimal qiymatiga qarab o'zgarganda ortadi, deb aytish mumkin.

		0
-1		-10
-2		-20
£		PQ
		•o
oT -30	- —■— Ref. Nuqta (g = 0 mm)	oT -30		' —■— Wf ^=1mm
	—•— g = 0,25 mm
	■ —*— Taklif etilgan (g = 0,5 mm)			—•— Wjr = 1,1 mm
-4	—♦— g = 0,75 mm	-40		—*— Wy = 1,2 mm
	—°— g —1 mm			—♦— Wj- = 1,3 mm
	—c— g= 1,25 mm
	— o — g= 1,5 mm			—□— Wjr = 1,4 mm (Tavsiya etilgan)
-5	iiiiiiii	-50	,1,	__i , men, men,

20 2530354045202530354045
Chastota (GFlz) Chastota (GFlz)
(a) (b)
Shakl 4. ( a ) g va ( b ) Wf ning antennaning ishlashiga ta'siri .
Besleme liniyasi kengligining (Wf) antennaning ishlashiga ta'siri shaklda ko'rsatilgan 4 b . Wf qiymati 0,1 mm qadam o'lchami bilan 1 mm dan 1,4 mm gacha oshiriladi. Shakldan kuzatish mumkin 4 b antennaning tarmoqli kengligi ham Wf ortishi bilan ortdi. Shuning uchun, tavsiya etilgan dizayn uchun Wf 1,4 mm sifatida tanlanadi.
Shakl 5 a L _ning antennaning ishlashiga ta'sirini ko'rsatadi . Rasmdan shuni ko'rish mumkinki, L _{s qiymati} 2 mm dan 4 mm gacha oshganida, pastki chastota chegarasi 25,55 GGts dan 24,37 GGts gacha uzaytiriladi. Boshqa tomondan, 5- b-rasmdan W _{s qiymati} 1,5 mm dan 3,5 mm gacha ko'tarilganda antennaning empedans tarmoqli kengligi deyarli teng ekanligini kuzatish mumkin . Bundan tashqari, 5 a, b-rasmdan L _s = 4 mm va W _{s = 3,5 mm} uchun antenna qiziqish diapazonlari, ya'ni 28 GHz va 38 GGts uchun rezonanslashini kuzatish mumkin .

Shakl 5. ( a ) L _s va ( b ) W _ning antennaning ishlashiga ta'siri .



Figure 6. Simulated surface current distribution of the proposed planar antenna at (a) 27 GHz and (b) 38.5 GHz.
Taklif etilayotgan metodologiyani tasdiqlash uchun rejali antennaning sirt oqimining taqsimlanishi ­chizilgan va shaklda ko'rsatilgan. 6 . Rasmdan ko'rinib turibdiki, uchburchak tirqishdan foydalanish va besleme liniyasi holatining o'zgarishi sirt oqimi uchun ikki xil yo'l hosil qiladi, bu esa ikkita rezonans nuqtasiga olib keladi. 27 gigagertsli chastotada maksimal oqim uchburchak tirqishning poydevori va perpendikulyar tomoni atrofida taqsimlanadi, 38,5 gigagertsli chastotada esa zich oqim uchburchak tirqishning gipotenuzasi atrofida taqsimlanadi. Shu sababli, uchburchak uyasi ikkita rezonans nuqtasi, ya'ni 27 gigagertsli va 38,5 gigagertsli keng polosali javobga erishishda muhim rol o'ynashini ta'kidlash kerak.
( a ) ( b )
Yagona antennali elementning radiatsiya xarakteristikalari 27 gigagertsli va 38,5 gigagertsli rezonans chastotalari uchun 7- rasmda ko'rsatilgan. 7a -rasmdan ko'rinib turibdiki, taklif ­qilingan antenna E va H tekisligida monopolga o'xshash tipik nurlanishlarga ega . Shakl 7 b da ko'rsatilgan 38,5 gigagertsli chastota uchun ikkala tekislik uchun yo'nalishli radiatsiya naqshlari kuzatiladi.






0 —E-Plane 0 —rn— E-Plane

(a)

(b)

Figure 7. Simulated radiation characteristics of single antenna element at (a) 27 GHz and (b) 38.5 GHz.

Figure 8. Simulated gain and radiation efficiency of single antenna element.
Yagona antennali elementning simulyatsiya qilingan daromadi va radiatsiya samaradorligi rasmda ko'rsatilgan 8 . Tavsiya etilgan antenna 75% dan ortiq radiatsiya samaradorligini taklif qiladi va daromad butun ish diapazonida 3,2 va 5,7 dBi orasida chiziqli o'zgaradi. Rasmda ko'rsatilganidek, minimal daromad qiymati 24,5 gigagertsli chastotada 3,2 dBi, maksimal daromad esa 43,8 gigagertsli chastotada 5,25 dBi. 8 .

har qanday oziqlantirish tarmog'ining muhim qismi. T-o'tishning asosiy maqsadi chiqish portlarida 3 dB quvvat taqsimotini va nol fazani ta'minlashdir . Loyihalashtirilgan T-bo'g'inli quvvat ajratgichning tuzilishi ham shaklda ko'rsatilgan 9 . Shaklda ko'rsatilgan S 11 10 a T-bog'lanish 20 dan 40 gigagertsgacha bo'lgan keng diapazonda -10 dB dan kamroq javobga ega ekanligini ko'rsatadi. Bundan tashqari, shaklda ko'rsatilgan taklif qilingan T-birikmasining uzatish koeffitsientlari 10 b , butun ish diapazoni uchun 3,5 dB dan yaxshiroqdir.
Shakl 9. Taklif etilayotgan to'rt tomonlama keng polosali oziqlantirish tarmog'ining tuzilishi.



(a)
Massiv elementlari orasidagi izolyatsiyani ta'minlash uchun elementlar orasidagi bo'shliq d 9,6 mm qilib tanlanadi, bu eng past ish chastotasida A _{0 /2 dan katta, bu erda} L 0 bo'sh joy to'lqin uzunligi. Bundan tashqari, bu chastotada yoki bu nuqtadan yuqorida panjara loblari hosil bo'lmasligini ta'minlaydi. Qolgan optimallashtirilgan dizayn parametrlari: Lf = 2, Lj = 3,8, W _e = 0,45, L ₁ = 5,2, L ₂ = 1 va L ₃ = 0,5 (mm da). Taklif etilgan oziqlantirish tarmog'i CST Microwave Studio'da simulyatsiya qilingan va S _{11 parametri} 11 -rasmda ko'rsatilgan . Shakldan ko'rinib turibdiki, tavsiya etilgan oziqlantirish tarmog'i kerakli chastota diapazoni uchun, ya'ni 20 dan 40 gigagertsgacha bo'lgan S _{11 magnitudasi 10 dB dan kam.} Boshqa tomondan, rasm 12 taklif qilingan to'rt tomonlama keng polosali oziqlantirish tarmog'ining uzatish koeffitsientlarini ko'rsatadi. Bu rasmning natijasi bo'yicha qayd etilgan 12 quvvat taqsimlash nisbati 6-7 dB oralig'ida.
(b)
Shakl 10. Besleme tarmog'ining turli qismlarining simulyatsiya qilingan ( a ) aks ettirish va ( b ) uzatish koeffitsientlari.

Figure 11. Simulated S11 of the proposed four-way broadband feeding network.


Figure 12. Simulated transmission coefficients of the proposed four-way broadband feeding network.

Oziqlantirish tarmog'ini loyihalashtirgandan so'ng, rasmda ko'rsatilganidek, yakuniy massivni amalga oshirish uchun bir nechta bitta antenna elementlari va oziqlantirish tarmog'i birlashtiriladi. 13 . Massivning umumiy o'lchamlari W _su b = 35,5 mm va L _su b = 14,85 mm.


sub

Figure 13. Proposed four element antenna array.