ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №11
Текст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.11.21
УДК: 621.396
Bow-Tie печатный дипольный элемент
Фазированной антенной решётки
для системы связи 5G мм-диапазона длин волн
А.В. Геворкян
Южный федеральный университет
347922, Таганрог, пер. Некрасовский, 44
Статья поступила в редакцию 31 октября 2024 г.
Аннотация. В работе приведена конструкция bow-tie печатного дипольного элемента антенной решётки. Было необходимо исследовать поведение его частотных характеристик при сканировании и оценить перспективность использования в системах связи 5G мм-диапазона длин волн. Он сделан на диэлектрической подложке (ε = 3) толщиной 1,0 мм с односторонней металлизацией и имеет воздушный слой между подложкой и основанием. Габаритные размеры элемента: 5,5 мм × 5,5 мм × 1,5 мм. При отсутствии сканирования в рабочем диапазоне частот от 24,25 до 27,50 ГГц значения КСВН ≤ 1,33. При сканировании в E- и H-плоскостях в секторе углов ±45° он увеличивается до 2,80 и 1,77, соответственно. Замена воздушного слоя на подложку с относительной диэлектрической проницаемостью ε = 1,6 привела к следующему. При отсутствии сканирования максимальное значение КСВН уменьшилось с 1,33 до 1,31. При сканировании в E-плоскости в секторе углов ±45° – с 2,80 до 2,32, а при сканировании в H-плоскости – оно увеличилось с 1,77 до 1,87. Т.е. в рабочем диапазоне частот значения КСВН ≤ 2,32. Значения реализованного коэффициента усиления находятся в диапазоне от 3,92 до 5,09 дБ (КПД – более 97%) при отсутствии сканирования, а при сканировании в E- и H-плоскостях, соответственно, от 1,70 до 3,37 (КПД – более 82%) и от 2,04 до 3,20 дБ (КПД – более 89%).
Ключевые слова: bow-tie антенна, антенна, миллиметровые волны, элемент фазированной антенной решётки.
Финансирование: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-00970 (https://rscf.ru/project/23-29-00970/) в ЦКП «Прикладная электродинамика и антенные измерения» Южного федерального университета в г. Таганроге.
Автор для переписки: Геворкян Армен Валерьевич, gevorkyan.scp@yandex.ru.
Литература
1. Yamamoto M., Tokuyama D., Nojima T. Design of quasi-millimeter wave leaf-shaped bowtie array antenna for UWB applications // Proc. 2010 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium (Toronto, ON, Canada). – 2010. – P. 1–4. https://doi.org/10.1109/APS.2010.5561106.
2. Li T., Zhai H., Li L., Liang C. Frequency-Reconfigurable Bow-Tie Antenna With a Wide Tuning Range // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. – 2014. – Vol. 13. – P. 1549–1552. https://doi.org/10.1109/LAWP.2014.2344676.
3. Qu S.-W., Chan C.H., Xue Q. Wideband and High-Gain Composite Cavity-Backed Crossed Triangular Bowtie Dipoles for Circularly Polarized Radiation // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2010. –Vol. 58. – № 10. – P. 3157–3164. https://doi.org/10.1109/TAP.2010.2055792.
4. Dadgarpour A., Zarghooni B., Virdee B.S., Denidni T.A. Millimeter-Wave High-Gain SIW End-Fire Bow-tie Antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2015. – Vol. 63. – № 5. – P. 2337–2342. https://doi.org/10.1109/TAP.2015.2406916.
5. Yang J., Kishk A. A Novel Low-Profile Compact Directional Ultra-Wideband Antenna: The Self-Grounded Bow-Tie Antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2012. – Vol. 60. – № 3. – P. 1214–1220. https://doi.org/10.1109/TAP.2011.2180317.
6. Fujita S., Yamamoto M., Nojima T. A study of a leaf-shaped bowtie slot antenna for UWB applications // Proc. 2012 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP) (Nagoya, Japan). – 2012. – P. 830–833.
7. Deshmukh U.K., Choukikar Y.K., Naik S.B. Design of CPW fed bow-tie slot antenna for ground penetrating radar application // Proc. 2016 IEEE International Conference on Recent Trends in Electronics, Information & Communication Technology (RTEICT) (Bangalore, India). – 2016. – P. 1820–1823. https://doi.org/10.1109/RTEICT.2016.7808149.
8. Jinjin G., Fuguo Z., Kan W. A Novel Ultra Wideband Resistance Loaded Bow-Tie Antenna for Ground Penetrating Radar Applications // Proc. 2020 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT) (Shanghai, China). – 2020. – P. 1–3. https://doi.org/10.1109/ICMMT49418.2020.9387017.
9. Kaswiati W.S. Suryana J. Design and realization of planar bow-tie dipole array antenna with dual-polarization at 2.4 GHz frequency for Wi-Fi access point application // Proc. 2012 7th International Conference on Telecommunication Systems, Services, and Applications (TSSA) (Denpasar-Bali, Indonesia). – 2012. – P. 218–222. https://doi.org/10.1109/TSSA.2012.6366055.
10. Salsabila S., Setiawan A.D., Charisma A., Najmurrokhman A., Munir A. Design of printed bowtie dipole array antenna for rectenna application // Proc. 2017 3rd International Conference on Wireless and Telematics (ICWT) (Palembang, Indonesia). – 2017. – P. 86–89. https://doi.org/10.1109/ICWT.2017.8284144.
11. Yamamoto M., Fujita S., Kimura J., Nojima T. Design of a leaf-shaped bowtie slot antenna array for wide band applications // Proc. 2013 IEEE-APS Topical Conference on Antennas and Propagation in Wireless Communications (APWC) (Turin, Italy). – 2013. – P. 448–451. https://doi.org/10.1109/APWC.2013.6624889.
12. Mosalanejad M., Ocket I., Soens C., Vandenbosch G.A.E. Multi-Layer PCB Bow-Tie Antenna Array for (77–81) GHz Radar Applications // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2020. – Vol. 68. – № 3. – P. 2379–2386. https://doi.org/10.1109/TAP.2019.2949723.
13. Zhang Y., Fu P., Li Y. 128-Element Multibeam Antenna Array with Integrated Feeding Networks // Proc. 2021 13th International Symposium on Antennas, Propagation and EM Theory (ISAPE) (Zhuhai, China). – 2021. – P. 1–3. https://doi.org/10.1109/ISAPE54070.2021.9752693.
14. Mirbeik-Sabzevari A., Najafizadeh L., Tavassolian N. Synthetic Ultra-Wideband Phased-Array Transceiver for Millimeter-Wave Imaging Applications With On-Chip Antennas // Proc. 2021 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and USNC-URSI Radio Science Meeting (APS/URSI) (Singapore). – 2021. – P. 521–522. https://doi.org/10.1109/APS/URSI47566.2021.9704601.
15. Li L., Yan J.-B., O’Neill C., Simpson C.D., Gogineni S.P. Coplanar Side-Fed Tightly Coupled Ultra-Wideband Array for Polar Ice Sounding // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2022. – Vol. 70. – № 6. – P. 4331–4341. https://doi.org/10.1109/TAP.2021.3138544.
16. Zhu Y., Lu R., Yu C., Hong W. Design and Implementation of a Wideband Antenna Subarray for Phased-Array Applications // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2020. – Vol. 68. – № 8. – P. 6059–6068. https://doi.org/10.1109/TAP.2020.2988946.
17. Schulpen R., Johannsen U., Pires S.C., Smolders A.B. Design of a phased-array antenna for 5G base station applications in the 3.4–3.8 GHz band // Proc. 12th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2018) (London, UK). – 2018. – P. 1–5. https://doi.org/10.1049/cp.2018.1102.
Для цитирования:
Геворкян А.В. Bow-tie печатный дипольный элемент фазированной антенной решётки для системы связи 5G мм-диапазона длин волн. // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.11.21