چرخش الکترونیکی پرتو آنتن انعتنظیکاسی با استفاده از بازتابنده فرعی بر پایه فرا سطح دیجیتال تنظیم‌پذیر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشگاه یزد، یزد، ایران

2 دانشیار،دانشگاه یزد، یزد، ایران.

3 استادیار، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

چکیده

در کاربردهای مخابراتی همچون رادارها و ماهواره‌ها، معمولاً آنتن‌های انعکاسی باقابلیت چرخش پرتو برای پویش فضای اطراف استفاده می‌شود که استفاده از فن‌های چرخش‌ مکانیکی برای تأمین این نیاز متداول است. از سوی دیگر، چرخش مکانیکی آنتن برای رسیدن به این هدف، کاری دشوار، هزینه‌بر، آهسته و با دقت کم است. همچنین برای کاربردهایی که نیاز است پرتو آنتن در کسری از ثانیه تغییر جهت داشته باشد، چرخش مکانیکی آنتن مناسب نیست. هدف از این مقاله، طراحی یک آنتن انعکاسی کسگرین دارای دو بازتابنده است که چرخش الکترونیکی پرتو را محقق می‌کند. در این آنتن، از یک فرا سطح دیجیتالی دوبیتی تنظیم‌پذیر به‌عنوان بازتابنده فرعی استفاده می‌شود که سلول‌های تنظیم شونده الکترونیکی آن با دیود خازنی طراحی‌شده و چرخش پیوسته پرتو آنتن اصلی از طریق کنترل توزیع فاز این فرا سطح، امکان‌پذیر‌ شده است. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که آنتن پیشنهادی با بهره بالای dB35 دارای بازه چرخش پرتو 20 درجه با تفکیک‌پذیری 0.1 درجه است. این آنتن به دلیل حذف مشکلات چرخش مکانیکی پرتو آنتن انعکاسی، می‌تواند راهکار مناسبی برای دستگاه‌های مخابراتی نسل آینده باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Electronic Beam Steering of Reflector Antenna Using Reconfigurable Digital Metasurface Sub-Reflector

نویسندگان [English]

  • Mostafa Afzali 1
  • Masoud Movahhedi 2
  • Seyed Ehsan Hosseininejad 3
1 Master's degree, Yazd University, Yazd, Iran
2 Associate Professor, Yazd University, Yazd, Iran.
3 Assistant Professor, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
چکیده [English]

Reflector antennas with mechanical beam steering ability are usually used to scan the surrounding space in telecommunication applications such as radars and satellites. On the other hand, mechanical rotation of antennas is difficult, slow and costly with low accuracy. Also, mechanical beam steering method is not suitable for applications that require changing beam direction with high speed. In this paper a dual reflector Cassegrain antenna with electronic beam steering capability is designed. A two-bit reconfigurable digital metasurface is used as a sub-reflector where its tunable unit cells are designed with varactors and beam steering is realized through controlling the phase profile of the metasurface. Results show that the proposed antenna with a high gain of 35 dB has 20 degrees beam steering range with 0.1 degrees resolution. This antenna can be considered as an applicable solution for the next generation of telecommunication systems due to the elimination of the mechanical beam steering problems of the reflector antennas.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Antenna beam steering
  • Dual reflector antenna
  • Reconfigurable digital metasurface

Smiley face

 

مراجع

  [1]      M. Ebrahimi, S. H. Mohseni Armaki, A. Erfaniyan, “Design and implementation of Cassegrain antenna with 37 dB gain in millimeter wave spectrum,” Journal of Applied Electromagnetics, vol. 2, no. 3, pp.11-20, 2015 (in Persian). https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.26455153.1393.2.3.2.4.
  [2]      M. Fartookzadeh, S. H. Mohseni Armaki, “Millimeter wave near-field focusing Cassegrain Reflector Antenna,” Journal of Applied Electromagnetics, vol. 2, no. 3, pp.41-49, 2015 (in Persian). https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.26455153.1393.2.3.5.7. 
  [3]      S. A. Hadadi, A. Ghorbani, “Surface distortion compensation in reflector antennas using a shaped sub-reflector,” Scientific Journal of Radar, vol. 5, no. 1, pp. 1-14, 2017, (in Persian). https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.23454024.1396.5.1.1.5. 
  [4]      O. Yurduseven and D. Smith, “Symmetric/asymmetric h­plane horn fed offset parabolic reflector antenna with switchable pencil/fan­beam radiation characteristics”, in Proc. IEEE ISAPE2012, pp.82–85, 2012. 
  [5]      F. Arpin, J. Shaker, and D. McNamara, “Multi­feed single beam power­ combining reflectarray antenna”, Electronics Letters, vol.40, no.17, pp.1035–1037, 2004. DOI: 10.1049/el:20045212. 
  [6]      L. Greda and A. Dreher, “Beamforming capabilty of array­fed reflector antennas”, in Proc. IEEE European conference on antenna and propagation, pp.2851–2856, 2011.
  [7]      Y. Rahmat­Samii, J. Huang, B. Lopez, M. Lou, E. Im, S. L. Durden, and K. Bahadori, “Advanced precipitation radar antenna: Array fed offset membrane cylindrical reflector antenna”, IEEE transactions on antennas and propagation, vol. 53, no. 8, pp. 2503–2515, 2005. DOI: 10.1109/TAP.2005.852599. 
  [8]      F. Etesami, S. Khorshidi, H. Abiri, “Design of a broadband dual-beam reflect-array antenna with a single feed,” Scientific Journal of Radar, vol. 9, no. 2, pp. 79-88, 2021, (in Persian). https://dor.isc.ac/dor/...
  [9]      T. Carolina, J. Encinar, M. Arrebola, M. Barba, and E. Carrasco. "Design, manufacturing and test of a dual-reflectarray antenna with improved bandwidth and reduced cross-polarization," IEEE transactions on antennas and propagation, vol. 61, no. 3, pp. 1180-1190, 2012. DOI: 10.1109/TAP.2012.2228620.
[10]      W. Hu, M. Arrebola, R. Cahill, J. A. Encinar, V. Fusco, H. S. Gamble, Y. Alvarez, and F. Las­Heras, “94 GHz dual­reflector antenna with reflectarray subreflector,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol.57, no.10, pp.3043–3050, 2009. DOI: 10.1109/TAP.2009.2029275. 
[11]      M. Arrebola, L. De Haro, and J. A. Encinar, “Analysis of dual reflector antennas with a reflectarray as subreflector,” IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol.50, no.6, pp.39–51, 2008. DOI: 10.1109/MAP.2008.4768921. 
[12]      F. Liu, A. Pitilakis, M. S. Mirmoosa, O. Tsilipakos, X. Wang, A. C. Tasolamprou, S. Abadal, A. Cabellos­Aparicio, E. Alarcon, C. Liaskos, and et al., "Programmable metasurfaces: State of the art and prospects," in Proc.  IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), 2018.
[13]      E. Almajali. Contributions to the Design of Sub­reflectarrays. University of Ottawa, 2011.
[14]      J. Huang and J. A. Encinar. Reflectarray antennas, vol. 30. John Wiley & Sons, 2007.
[15]      E. Carrasco, JA. Encinar, Y. Rahmat-Samii. "Reflectarray antennas: A review". In Forum for Electromagnetic Research Methods and Application Technologies (FERMAT), 2016 Aug (Vol. 16).
[16]      D. M. Pozar, S. D. Targonski, and H. Syrigos, “Design of millimeter wave microstrip reflectarrays,” IEEE transactions on antennas and propagation, vol. 45, no.2, pp.287–296, 1997. DOI: 10.1109/8.560348. 
[17]      Du, Bozhou. Analysis and design of simple, low loss and low cost reconfigurable reflectarrays, PhD diss., University of Toronto (Canada), 2017.
الکترومغناطیس کاربردی
دوره 13، شماره 1 - شماره پیاپی 30
بهار و تابستان
شهریور 1404
صفحه 29-37

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 30 بهمن 1403
  • تاریخ بازنگری: 20 فروردین 1404
  • تاریخ پذیرش: 16 اردیبهشت 1404
  • تاریخ انتشار: 31 اردیبهشت 1404

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار