تصميم وتحليل هوائيات مصفوفة عاكسات الأسطح الخارجية القابلة لإعادة التشكيل لتطبيقات الترددات الفرعية 6 جيجاهرتز
Design and Analysis of Reconfigurable Metasurface Reflector Array Antennas for Sub 6GHz Applications
- الباحث
- مروه معتز اسماعيل
- المشرف
- علي جبار سالم - طه احمد عليوي
- الجامعة
- الجامعة التكنولوجية
- الكلية / القسم
- قسم الهندسة الكهربائية / هندسة الالكترونيك والاتصالات
- الشهادة
- دكتوراه
- السنة
- 2023
- لغة الرسالة
- انكليزي
- الكلمات المفتاحية
- Metasurface;Reflectarray antenna;Reconfigurable antennas;Sub-6 GHz
الملخص
يركز هذا العمل على التغلب على قيود أداء الهوائي في أنظمة الاتصالات الحديثة في النطاقات الفرعية 5 جيجا هرتز. تم دمج المواد الفوقية ذات مركبة اليد اليمنى اليسرى مع هياكل منحنيات هليبرت ومينكوسكي المعدلة لتوفير اداء جيد لعرض النطاق الترددي. تم تصميم العديد من هياكل OL! sell بدءًا من هوائي ol gall الفوقية ذات اليد اليمنى اليسرى ويعمل بسرعة 7.5 جيجا هرتز مع كسب -ه ديسيبل. يستخدم هذا التصميم كمكون أساسي للتصاميم اللاحقة. على سبيل المثال، يقترن تصميم خلايا المواد الفوقية ذات مركبة اليد اليمنى اليسرى بمصفوفة )٠١<١( من هيكل منحنى هيلبرت من الدرجة الثالثة لتحقيق مكاسب جيدة بحجم صغير. يحقق الهيكل المقترح LBS LL بما في ذلك (5.؟ -7.") كيكاهرتز و TAY) — 1.97( جيجاهرتز و (4.8 - 1) جيجاهرتز مع كسب ذروة يبلغ OA ديسيبل عند 6 جيجاهرتز. ومع ذلك يعاني هذا التصميم من قيود التصنيع. وبالتالي، في الخطوة التالية، يتم تقديم مجموعة من )١7 XY) للمواد الفوقية ذات اليد اليمنى اليسرى مع فجوات النطاق الكهرومغناطيسي لتقليل الخسائر السعوية للمستوى الأرضي. يحقق الهيكل المقترح نطاقًا مزدوجًا ممتدًا من VVC) — 4.556) جيجاهرتز £.A)5 - 1( جيجاهرتز مع كسب ذروة يبلغ 2.75 ديسيبل PVE 5 ديسيبل على التوالي. يتم إجراء مسح شعاع التردد من ١57-545 بتغيير الترددء علاوة على ذلك؛ يمكن للهوائي المسح بتردد ثابت V0) جيجاهرتز 0.495 جيجاهرتز) حتى + ؛ Gla jo باستخدام المفاتيح الضوئية. ومع cll فإن هذا التصميم يعاني من مكاسب محدودة بسبب التأثيرات السعوية للمستوى الأرضي. للتغعلب على هذه العيوب، تم اقتراح تصميم ثالث يستبدل المستوى الأرضي ببنية هيلبرت، مما يُظهر Lin واحدًّا عند 5.5 جيجا هرتز مع أقصى ربح قدره VV ديسيبل. يقدم التصميم الرابع منحنى مينكوسكي مدمج مع مرنان المعاوقة للتشغيل ثنائي النطاق عند 4.84 جيجا هرتز و5.4 جيجا هرتز مع أقصى ربح يبلغ ١7.5 ديسيبل و8.١٠ ديسيبل على التوالي. يجمع التصميم الخامس بين منحنى هيلبرت ومينكوسكي لتكوين هيكلية فجوة النطاق الكهرومغناطيسي المزدوجة لتحقيق نطاق مزدوج مع مكاسب عالية، airy تحقيق أقصى ربح يبلغ ١5.54 ديسيبل عند 5.5 جيجا هرتز و5.١١ ديسيبل عند 5 Lae هرتزء على التوالي. تم إدخال عاكس مع إزاحة طور صفرية إلى التصاميم المقترحة لتقليل الفصوص الخلفية ومقارنتها من حيث الكسب ومعامل الانعكاس الداخلي. تم اختيار التصميم ذو الكسب الأقصى لعملية التصنيع. تم تحديد الهوائي القائم على المواد الفوقية المدمجة مع منحنى هليبرت بأقصى ربح قدره ٠١ ديسيبل عند 5.54 جيجا هرتز. يُظهر التصميم المقترح القدرة على إعادة تشكيل التردد والتحكم في المكاسبء بالإضافة إلى المسح الضوئي حتى + ه درجات عند © جيجا هرتز | تمت طباعة النموذج المُصنَّع على جهاز Taconic RF-4 بسماكة ١.517 مم ويحتل مساحة x Yer ١14.5 x NYE مم" . si, تم استخدام الشبكة العصبية لتحسين معلمات التصميم المقترحة ely على خوارزمية التقليل حيث تم استخدام البيانات المجمعة من التحليل العددي لتحقيق الأداء المطلوب.
Abstract
This work focuses on overcoming antenna performance limitations in modern communication systems at sub-6GHz bands. The use of CRLH-TL combined with Hilbert and modified SIR-Minkowski Fractals in various techniques is explored to enhance the gain-bandwidth product of antennas, addressing issues related to bandwidth limitations and overall performance. Several antenna structures are designed, starting with a single CRLH-MTM via- free operating at 3.5 GHz with a gain of -5dBi. This design is used as the fundamental component for the subsequent designs. For instance, a 1D array (1×10) CRLH cells coupled to a 3rd-order Hilbert curve, achieving a triple band, including (3.6–3.7) GHz, (3.8–3.97) GHz, and (4.8–6) GHz, with a peak gain of 5.9dBi at 5.75GHz; However, it faces fabrication limitations. Thus, in the next step, an array of (1×17) CRLH with EBG defects is introduced to reduce the ground plane capacitive losses. The proposed structure achieves a dual- band extended from (3.25–4.56) GHz and (4.81–6) GHz with a peak gain of 7.24dBi and 3.74dBi, respectively. A frequency-beam scanning from is achieved. Furthermore, the antenna can scan at a fixed frequency (3.5 GHz and 5.9 GHz) up to using optical switches. However, this design suffers from limited gain due to the ground plane capacitive effects. To overcome these drawbacks, a third design replaces the ground plane with the Hilbert structure, showing a single resonance at 5.5GHz with a maximum gain of 16 dBi. The fourth design introduces SIR-Minkowski inclusions for dual-band operation at 4.89GHz and 5.4GHz with a maximum gain of 12.4dBi and 10.8dBi, respectively. The fifth design combines Hilbert and SIR-Minkowski for a composite EBG inclusion to achieve dual band with high gain, a maximum gain of 15.4dBi at 5.5GHz and 13.5dBi at 5GHz are achieved, respectively. An AMC reflector with zero phase shift is introduced, the CRLH-MTM-based Hilbert inclusion selected for fabrication due to its maximum gain of 20dBi at 5.59 GHz. The proposed design demonstrates frequency reconfiguration, gain control, and scanning capabilities. The fabricated model is printed on a Taconic RF-4 with a thickness of 1.57 mm and occupies an area of 200×124 ×179.5 mm3. Finally, a neural network is used to optimize the design parameters based on numerical analysis data for desired performance.
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.