원형 편광 3D

Dec 23, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11838(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

이 기사에서는 원통형 공진기보다 유전율이 높은 완전 유전체 기생 나선을 통합하여 원형 편파를 달성하는 5.8GHz에서 작동하는 3D 프린팅 원통형 유전체 공진기 안테나를 소개합니다. 안테나 편파는 나선의 회전 감각에 따라 오른손잡이 또는 왼손잡이가 될 수 있습니다. 안테나의 일치 및 축 비율에 대한 나선의 치수 및 유전 상수의 영향을 평가하기 위해 나선 설계에 대한 광범위한 매개변수 연구가 수행되었습니다. 제조는 저손실 유전체 필라멘트와 저가형 3D 프린터를 사용하여 이루어집니다. 시뮬레이션 및 측정 결과에 따르면 두 안테나 모두 잘 일치하고 UAV 애플리케이션과 호환되는 축 비율 대역폭을 사용하여 해당 원형 편파로 작동하는 것으로 나타났습니다.

원형 편파(CP)는 많은 장점으로 인해 위성 통신, 무인 차량1 등 다양한 무선 통신 애플리케이션에 사용되어 왔습니다. 예를 들어, CP를 사용하면 지연 확산이 줄어들어 더 높은 수준의 수신 전력이 보장되고2 이러한 분극은 다중 경로 간섭3,4에 대해 더 높은 저항을 갖게 됩니다. 주로 방사 구조 또는 안테나 피드 네트워크 수정을 기반으로 하는 원형 편파 안테나를 얻기 위해 문헌에서 다양한 방법을 찾을 수 있습니다.

CP 안테나 구현의 관점에서 원형 편파 유전체 공진기 안테나(DRA)도 찾을 수 있는데, 이는 모양, 방사 패턴 및 구현 가능성 측면에서 다양성으로 인해 언급된 애플리케이션에 대한 흥미로운 후보가 될 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 전통적인 유전체 제조 기술을 사용하는 경우 복잡한 모양을 설계할 때 DRA가 제한되어 비용이 높아질 수 있습니다7. 이 문제를 극복할 수 있는 기술 중 하나는 적층 제조를 사용한 구현입니다.

적층 제조 또는 3D 프린팅은 저비용 및 저손실 유전체 필라멘트와 고정밀 3D 프린터의 가용성으로 인해 고주파 토폴로지9를 포함하여 엔지니어링8의 많은 응용 분야에 적합합니다. 이를 통해 이 기술 없이는 구현이 불가능하거나 비용이 너무 많이 드는 모양의 토폴로지를 구현할 수 있게 되었습니다10. 3D 프린팅을 사용하여 DRA를 구현하는 몇 가지 예는 고이득 구조11, 다중 링 구조12 및 여기에 제시된 설계에 대한 예비 작업이 포함된 회의 논문13과 같은 문헌에서 찾을 수 있습니다.

이 기사에 제시된 안테나는 원형 편파를 달성하기 위해 유전율이 높은 기생 유전체 나선을 사용하는 5.8GHz에서 작동하는 원통형 유전체 공진기 안테나(DRA)의 설계, 매개변수 연구, 모달 분석, 구현 및 측정으로 구성됩니다. 나선의 회전 감각에 따라 오른쪽 방향(RHCP) 또는 왼쪽 방향 원형 편광(LHCP)이 되는 편광 감각이 결정됩니다.

나선형 및 공급 구조를 갖춘 CDRA를 제안했습니다. (a) 측면도 (b) 평면도 (c) LHCP 및 RHCP의 유전체 나선 구조.

제안된 안테나는 그림 1에 나와 있습니다. 이는 원통형 유전체 공진기 안테나(CDRA)와 CDRA 주위에 배치된 기생 유전체 나선의 두 가지 유전체 구조로 구성됩니다. 첫째, CDRA의 크기는 Eq. (1):

여기서 c는 빛의 속도, \(r_{DRA}\)는 DRA 반경(\(d_{DRA}/2\)), \(h_{DRA}\)는 DRA 높이입니다. 이 DRA에 대해 선택된 폼 팩터는 상대 유전율이 \(\varepsilon인 재료를 사용하여 \(r_{DRA}=9\)mm의 무선 치수와 \(h_{DRA}=16\)mm의 높이를 제공합니다. _{r2}=9\). 그림 2에는 설계된 CDRA의 시뮬레이션된 \(|S_{11}|\)과 5.8GHz에서 두 평면에 대한 시뮬레이션된 방사 패턴이 표시됩니다. CDRA의 최대 이득은 약 6dBi이며 설계 주파수에서는 잘 일치함을 알 수 있습니다.