Bow-tie печатный дипольный элемент фазированной антенной решётки для системы связи 5G мм-диапазона длин волн
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%).
- Bow-Tie антенна
- антенна
- миллиметровые волны
- элемент фазированной антенной решётки
Abstract (in English)
Bow-tie printed dipole phased array element for 5G mm-wave communication systems
In this paper present the design of the bow-tie printed dipole array element. It was necessary to investigate the behavior of its frequency characteristics for scanning and evaluate the prospects of using for the 5G mm-wave communication systems. It is made on a dielectric substrate (ε=3) with a 1.0 mm thickness with one-sided metallization and has an air layer between the substrate and reflector. Overall dimensions of the element are 5.5 mm × 5.5 mm × 1.5 mm. In the broadside, the values of the VSWR ≤ 1.33 in the operating frequency range from 24.25 to 27.50 GHz. For scanning in the E- and H-planes in the ±45° angle sector, it increases to 2.80 and 1.77, respectively. The replacement of the air layer on a substrate with a relative permittivity of ε = 1.6 led to the following. In the broadside, the maximum value of the VSWR decreased from 1.33 to 1.31. For scanning in the E-plane in the ±45° angle sector, it increased from 2.80 to 2.32. For scanning in the H-plane, it increased from 1.77 to 1.87. I.e., in the operating frequency range, the values of the VSWR ≤ 2.32. The values of the realized gain are in the range from 3.92 to 5.09 dB (efficiency is more than 97%) in the broadside, and for scanning in the E- and H-planes, respectively, from 1.70 to 3.37 dB (efficiency is more than 82%) and from 2.04 to 3.20 dB (efficiency is more than 89%).
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
Литература
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.