طراحی و شبیه‏ سازی ماتریس باتلر میکرواستریپی باند X برای تغذیه آنتن آرایه فازی با پهنای پرتو باریک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

استادیار، دانشکده فنی، دانشگاه آیت الله بروجردی، بروجرد، ایران

چکیده

سامانه‏ های پروازی متعددی با کاربردهای گسترده در زمینه‏ های مختلف علمی، صنعتی، و تجاری وجود دارند. یکی از بخش‏های مورد استفاده در این ساختارها، رادار است. بسیاری از کاربردهای این سامانه‏ ها، نیازمند ردگیری اهداف یا جهات در محدوده زاویه ‏ای باریک است. این ویژگی با به ‏کارگیری آنتن‏هایی دارای پهنای پرتو باریک به‏ دست می ‏آید. آنتن‏های آرایه ‏ای، می‏ توانند در کنار فراهم نمودن بهره مورد نیاز، تحقق بخش چنین نیازی باشند. همچنین، این پهنای پرتو باید در محدوده قابل قبولی از جهات مختلف قابل تنظیم باشد. چنین ویژگی تنظیم پذیری به کمک استفاده از آنتن‏های آرایه فازی تحقق پذیر است. قابلیت تغییر جهت گلبرگ اصلی یک چنین آنتنی، به کمک ادوات فعال تغییر دهنده فاز تغذیه آنتن‏های موجود در آرایه، مانند دیودهای پین و ادوات فریت، فراهم است. با این حال، استفاده از ادوات غیرفعال ماتریس باتلر ابزاری ساده ‏تر و ارزان‏تر برای تحقق چنین راهکاری به‏ شمار می‏ آید. به‏ کارگیری ماتریس باتلر با تعداد درگاه ورودی-خروجی بیشتر منجر به الگوی تشعشعی با پهنای باند باریک‏تر می ‏شود. در این مقاله، طرحی ساده از ماتریس باتلر 32×32 در طیف فرکانسی باند X معرفی، و نتایج شبیه ‏سازی عملکرد آن ارائه می‏شود. این شبیه‏ سازی ‏ها به‏ کمک نرم ‏افزار کامسول که مبتنی بر روش اجزای محدود است اجرا شده ‏اند. در نهایت، پس از اِعمال موج به دو درگاه ورودیِ مشخص و اتصال ساختار ماتریس باتلر به آرایه مایکرواستریپ، پهنای پرتوی 3/5 درجه به‏ دست می ‏آید. دست‏یابی به تشعشع با پهنای پرتو باریک بر اساس آرایه آنتن‏های مایکرواستریپ تغذیه شده با ماتریس باتلر 32×32 و تنها بر پایه بُرد تک ‏لایه، هدف اصلی این پژوهش است.

کلیدواژه‌ها

Smiley face

مراجع

  1. J.C. Rosser, V. Vignesh, B.A. Terwilliger, and B.C. Parker, “Surgical and Medical Applications of Drones: A Comprehensive Review,” J. Soc. Laparoend. vol. 22, pp. 3071-3080, 2018.
  2. R.A. Clothier, D.A. Greer, D.G. Greer, and A.M. Mehta, “Risk Perception and the Public Acceptance of Drones,” Risk Anal. vol. 35, pp. 1167-1183, 2015.
  3. P. Boucher, “Domesticating the Drone: The Demilitarisation of Unmanned Aircraft for Civil Markets,” Sci. Eng. Ethics, vol. 21, pp. 1393-1412, 2015.
  4. M. Hassanalian and A. Abdelkefi, “Classifications, Applications, and Design Challenges of Drones: A Review,” Prog. Aerosp. Sci. vol. 91, pp. 99-131, 2017.
  5. A. Otto, N. Agatz, J. Campbell, B. Golden, and E. Pesch, “Optimization Approaches for Civil Applications of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) or Aerial Drones: A Survey,” Networks, vol. 72, pp. 411-458, 2018.
  6. T.C. Tang, Y.R. Chuang, and K.H. Lin, “A Narrow Beamwidth Array Antenna Design for Indoor Non-contact Vital Sign Sensor,” Proc. of the 2012 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation, Chicago, USA, 2012.
  7. M. Mahmudi and S. Chamaani, “Design and Fabrication of Dual Polarized Reflectarray in X-band,”Applied Electromagnetics, vol. 2, pp. 1-6, 2014. [In Persian]
  8. J.F. Coward, C.H. Chalfant, and P.H. Chang, “A Photonic Integrated-optic RF Phase Shifter for Phased Array Antenna Beam-forming Applications,” J. Light. Technol. vol. 11, pp. 2201-2205, 1993.
  9. M. Sazegar, Y. Zheng, H. Maune, C. Damm, X. Zhou, J. Binder, and R. Jakoby, “Low-cost Phased-array Antenna Using Compact Tunable Phase Shifters Based on Ferroelectric Ceramics,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech. vol. 59, pp. 1265-1273, 2011.
  10. M. Uhlmann, “Cylindrical Phased Array with PIN-diode Controlled Parallel-plate Feeding System,” 5th European Microwave Conference, Hamburg, Germany, 1975.
  11. M. Nikfalazar, C. Kohler, A. Wiens, A. Mehmood, M. Sohrabi, H. Maune, J.R. Binder, and R. Jakoby, “Beam Steering Phased Array Antenna with Fully Printed Phase Shifters Based on Low-temperature Sintered BST-composite Thick Films,” IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett. vol. 26, pp. 70-72, 2016.
  12. H.N. Chu and T.G. Ma, “An Extended 4×4 Butler Matrix with Enhanced Beam Controllability and Widened Spatial Coverage,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech. vol. 66, pp. 1301-1311, 2018.
  13. Y.S. Lin and J.H. Lee, “Miniature Butler Matrix Design Using Glass-based Thin-film Integrated Passive Device Technology for 2.5-GHz Applications,” IEEE Trans. Microw. Theory Techn. vol. 61, pp. 2594-2602, 2013.
  14. C. Dall'Omo, T. Monediere, B. Jecko, F. Lamour, I. Wolk, and M. Elkael, “Design and Realization of a 4×4 Microstrip Butler Matrix without any Crossing in Millimeter Waves,” Microw. Opt. Technol. Lett. vol. 38, pp. 462-465, 2003.
  15. C.H. Chen, H. Wu, and W. Wu, “Design and Implementation of a Compact Planar 4×4 Microstrip Butler Matrix for Wideband Application,” Prog. Electromagn. Res. C, vol. 24, pp. 43-55, 2011.
  16. V.M. Jayakrishnan and S.K. Menon, “Realization of Butler Matrix for Beamforming in Phased Array Aystem,” Procedia Comput. Sci. vol. 93, pp. 223-229, 2016.
  17. M. Bona, L. Manholm, J.P. Starski, and B. Svensson, “Low-loss Compact Butler Matrix for a Microstrip Antenna,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech. vol. 50, pp. 2069-2075, 2002.
  18. G.X. Zhang, B.H. Sun, L. Sun, J.P. Zhao, Y. Geng, and R.N. Lian, “Design and Implementation of a 3×3 Orthogonal Beam Forming Network for Pattern-Diversity Applications,” Prog. Electromagn. Res. C, vol. 53, pp. 19-26, 2014.
  19. J.G.C. Trujillo, M.S. Perez, A.N. Garcia, and M. Vera-Isasa, “3×3 Multibeam Network for a Triangular Array of Three Radiating Elements: Design and Measurement,” IEEE EUROCON-International Conference on Computer as a Tool, Lisbon, Portugal, 2011.
  20. D.M. Pozar, “Microwave Engineering,” 3rd Ed. Wiley, NJ, USA, 2005.
  21. R.E. Collin, “Foundations for Microwave Engineering,” 2nd Ed. McGraw-Hill, NY, USA, 1992.
  22. M.R. Che Rose, S.R. Mohd Shah, M.F. Abdul Kadir, D. Misman, M.Z.A. Abdul Aziz, and M.K. Suaidi, “The Mitered and Circular Bend Method of Butler Matrix Design for WLAN Application,” Asia-Pacific Conference on Applied Electromagnetics, Melaka, Malaysia, 2007.
  23. H.J. Moody, “The Systematic Design of the Butler Matrix,” IEEE Trans. Antennas Propag. vol. 12, pp. 786-788, 1964.
  24. F. Gross, “Smart Antenna for Wireless Communication,” McGraw-Hill, NY, USA, 2005.
  25. T.M. Macnamara, “Positions and Magnitudes of Fixed Phase Shifters in Butler Matrices Incorporating 90o Hybrids,” IEE P. Microw. Ant. Prop. vol. 135, pp. 359-360, 1988.
  26. T.M. Macnamara, “Simplified Design Procedures for Butler Matrices Incorporating 90o Hybrids or 180o Hybrids,” IEE Proc. vol. 134, pp. 50-54, 1987. 
  27. C.A. Balanis, “Antenna Theory,” 3rd Ed. John Wiley & Sons, NJ, USA, 2005.
  28. H. Singh, H.L. Sneha, and R.M. Jha, “Mutual Coupling in Phased Arrays: A Review,” Int. J. Ant. Prop. vol. 2013, pp. 1-23, 2013.
  29. http://www.comsol.com.
الکترومغناطیس کاربردی
دوره 11، شماره 1 - شماره پیاپی 26
شماره پیاپی 26، دوفصلنامه بهار و تابستان
خرداد 1402
صفحه 9-20

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 03 اردیبهشت 1400
  • تاریخ بازنگری: 28 بهمن 1400
  • تاریخ پذیرش: 19 مرداد 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار