طراحی و ساخت یک آنتن پچ مایکرواستریپ با تزویج دریچه ای به صورت چند ورودی/چند خروجی و ساختار چند لایه برای کاربردهای باند X

محورهای موضوعی : طراحی و کاربرد آنتن

فرانک ضرغامی ¹ , مهدی زواری ^{2 *}

1 - گروه مهندسی برق، واحد ارومیه، دانشگاه آزاد اسلامی، ارومیه، ایران
2 - مرکز تحقیقات آنتن و مایکرویو، واحد ارومیه، دانشگاه آزاد اسلامی، ارومیه، ایران

تاریخ دریافت : 1403/02/04 تاریخ پذیرش : 1403/05/01

کلید واژه: آنتن مایکرواستریپ, باند X, تزویج دریچه‌ای, چند ورودی/ چند خروجی,

چکیده مقاله :

در این مقاله یک آنتن چند ورودی/چند خروجی با ساختار چند لایه طراحی و ساخت شده است. این آنتن از دو زیر لایه ارزان قیمت FR4 و سه لایه هادی تشکیل شده است. در زیر لایه پایینی خطوط مایکرواستریپ و صفحه زمین متصل به پورت‌های چهار گانه وجود دارند. در این ساختار، خطوط مایکرواستریپ توان را از ورودی‌ها تحویل گرفته و در انتهای خطوط تغذیه با اضافه کردن خطوط مایکرواستریپ λ/4 جهت تطبیق امپدانسی، این توان به‌صورت تشعشعی ساطع می‌شود. در آن‌سوی زیرلایه، صفحه زمین با چهار شیار مستطیلی شکل دقیقاً بالای خطوط λ/4 و به‌صورت متعامد قرار گرفته است. توان تشعشعی از طریق این شیارها هدایت شده و به‌صورت تزویج دریچه‌ای به پچ­های تشعشعی بالایی می­رسند. این پچ ها به شکل ربع دایره بوده و در لایه بالایی زیر لایه فوقانی قرار دارند. آنتن پیشنهادی دارای سه باند فرکانسی کاری در 12/7-54/7 و گیگاهرتز، 27/8- 72/8 گیگاهرتز و33/10-96/10  گیگاهرتز هست. این آنتن چند لایه به شکل هشت ضلعی بوده و طول اضلاع بزرگ و کوچک آن به ترتیب 26و 10 میلیمتر بوده و کل ضخامت آن به 2/3 میلیمتر می­رسد. این آنتن دارای الگوی تشعشعی و بهره قابل قبول بوده و مناسب برای کاربردهای جهت دار در باند فرکانسی X هست. آنتن بیشینه بهره در حدود 4 در باند سوم فرکانسی از خود نشان می‌دهد که در مقایسه با سایر آنتن­های هم‌اندازه مقدار بزرگتری دارد.

چکیده انگلیسی:

In this paper, a new multilayer MIMO antenna is designed and fabricated. This antenna is composed of two low-cost FR4 substrates and three conductor layers. The lower substrate contains the microstrip lines and ground plane, which are connected to the ports. In this design, the input signal radiates from feed lines at which a λ/4 microstrip is attached as impedance matching elements. Also, four rectangle-shaped slots are etched on the ground plane and placed vertically above the feed lines. The signals are guided from feed lines via slots to the quarter circle-shaped patches in the upper substrate, as the aperture-coupled feed technique. The proposed antenna exhibits three impedance bandwidths at 7.12-7.54 GHz, 8.27-8.72 GHz, and 10.33-10.96 GHz. The presented antenna is in the shape of an octagonal whose length of the longer side and shorter side are 26mm and 10mm, respectively. The radiation pattern and gain of the antenna are in an acceptable range, and the proposed antenna is suitable for X-band applica.

تازه های تحقیق:

• یک آنتن MIMO جدید با روش تغذیه تزویج دریچه‌ای معرفی شد. در این طراحی، آنتن MIMO پیشنهادی از چهار آنتن پچ مایکرواستریپی در کنار هم تشکیل شده است.
• آنتن MIMO پیشنهادی در هر پورت خود می‌تواند باندهای فرکانسی 54/7 - 12/7 گیگاهرتز، 72/8 - 27/8 گیگاهرتز و 96/10 - 33/10 گیگاهرتز را پوشش می‌دهد.
• در هر سه باند فرکانسی، بهره آنتن MIMO مثبت بوده و نوسانات بهره قابل قبول است.

 

Citation: F. Zarghamian, and M. Zavvari, “Design and Fabrication of a Multiple Input/Multiple Output Aperture-Coupled Multilayer Microstrip Patch Antenna for X-band Applications,” Journal of Southern Communication Engineering, vol. 14, no. 56, pp. 27-41, 2025, doi:10.30495/jce.2025.1993480.1335 [in Persian].

منابع و مأخذ:

[1] A. Ahmad, D.-y. Choi, and S. Ullah, “A compact two elements MIMO antenna for 5G communication,” Scientific Reports, vol. 12, p. 3608, 2022, doi: 10.1038/s41598-022-07579-5.
[2] T. Aribi, T. Sedghi, and R. Khaje-Mohammadlou, “Multi-Band Compact MIMO Antenna for New Generations of Mobile Applications & IoT,” J. South. Comm. Eng., Vol. 12, pp. 19-29, 2022, doi: 10.30495/jce.2022.690858.
[3] D. Sharma, B. K. Kanaujia, and S. Kumar, "Compact multi-standard planar MIMO antenna for IoT/WLAN/Sub-6 GHz/X-band applications," Wireless Networks, vol. 27, pp. 2671–2689, 2021, doi: 10.1007/s11276-021-02612-3.
[4] S. Rezaee and Y. Zehforoosh, "Design of a Planar Multiband Antenna Using Metamaterials," J. South. Comm. Eng., vol. 11, pp. 15-26, 2022, doi: 10.30495/jce.2022.689028.
[5] M. Lanza et al., "Memristive technologies for data storage, computation, encryption, and radio-frequency communication," Science, vol. 376, p. 6597, 2022, doi: 10.1126/science.abj9979.
[6] D. Serghiou et al., "Sub-6 GHz Dual-Band 8 × 8 MIMO Antenna for 5G Smartphones," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 19, pp. 1546-1550, 2020, doi: 10.1109/LAWP.2020.3008962.
[7] Y. Zehforoosh and M. Zavvari, "A novel MIMO antenna with an improved isolation for UWB and multiband applications," Analog Integrated Circuits and Signal Processing, vol. 107, pp. 171-179, 2021, doi: 10.1007/s10470-020-01772-0.
[8] M. H. Ashouri and S. Fakhte, "Reduction of Mutual Coupling Between Two Circularly Polarized Magneto-Electric Dipole Antennas Using Metasurface Wall Polarization Converter for 5G Application," Majlesi J. Elect. Eng., vol. 18, pp. 55-63, 2024, doi: 10.30486/mjee.2023.1991539.1180.
[9] Y.-M. Zhang and S, Zhang, "A Novel Aperture-Loaded Decoupling Concept for Patch Antenna Arrays," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 69, pp. 4272-4283, 2021, doi: 10.1109/TMTT.2021.3085904.
[10] M. Lin and Z. Li, “A Compact 4 x 4 Dual Band-notched UWB MIMO Antenna with High Isolation,” IEEE 6th International Symposium on Microwave, Antenna, Propagation, and EMC Technologies (MAPE), pp. 126-128, 28-30 Oct. 2015, doi: 10.1109/MAPE.2015.7510281.
[11] K. Qin, M. Li, H. Xia, and J. Wang, "A New Compact Aperture-Coupled Microstrip Antenna with Corrugated Ground Plane," IEEE Anten. Wireless Propag. Lett., vol. 11, pp. 807-810, 2012, doi: 10.1109/LAWP.2012.2208212.
[12] A. H. Majeed, A. S. Abdullah, F. Elmegri, K. H. Sayidmarie, R. A. Abd-Alhameed, and J. M. Noras, "Aperture-Coupled Asymmetric Dielectric Resonators Antenna for Wideband Applications," IEEE Anten. Wireless Propag. Lett., vol. 13, pp. 927-930, 2014, doi: 10.1109/LAWP.2014.2322779.
[13] N. Pouyanfar, C. Ghobadi, and J. Nourinia, “A compact multi-band MIMO antenna with high isolation for C and X bands using defected ground structure,” Radioengineering, vol. 27, pp.686–693, 2018, doi: 10.13164/re.2018.0686.
[14] V. Satam and S. Nema, "Defected ground structure planar dual element MIMO antenna for wireless and short range RADAR application," IEEE International Conference on Signal Processing, Informatics, Communication and Energy Systems (SPICES), Kozhikode, India, 2015, pp. 1-5, doi: 10.1109/SPICES.2015.7091441.
[15] N. Jaglan et al., “Triple band notched DG-CEBG structure based UWB MIMO/diversity antenna,” Prog. Electromag. Res. C., vol. 80, pp.21–37, 2018, doi: 10.2528/PIERC17090702.