Lente não homogênea de banda larga com padrão de radiação cônico

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12907 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Este manuscrito apresenta uma antena de lente com feixes cônicos e laterais simultâneos. A lente foi projetada para a banda Ku usando o método de inserção de raios. O padrão de radiação cônico proposto é de banda larga devido à boa correspondência com a fonte e o entorno. A simulação é conduzida usando o solucionador de estúdio de micro-ondas CST. Em vez de formas complexas de antena usadas em outros trabalhos, um anel circular simples e um conector RF são usados ​​​​como alimentação da lente para gerar padrões cônicos laterais e omnidirecionais, respectivamente. Para validar o desempenho da lente projetada e de sua antena de alimentação de duas portas, a estrutura da lente é realizada e fabricada usando o método de impressão 3D. O material plástico polietileno tereftalato glicol (PETG) é utilizado para a construção das lentes neste trabalho. As características eletromagnéticas do PETG na banda Ku são medidas com precisão. Os resultados de simulações e experimentos demonstram o bom desempenho da lente projetada em uma ampla largura de banda de frequência. A vantagem desta estrutura projetada sobre outras obras é seu alto ganho e ampla largura de banda.

A comunicação de dados sem fio de alta velocidade é necessária para muitas aplicações que envolvem antenas de banda ultralarga e de alto ganho. Nos últimos anos, antenas de padrão de radiação cônico têm sido utilizadas em diversas aplicações, como transferência de dados em alta velocidade, automotiva, cancelador de lóbulo lateral em radares, detecção médica, recepção de satélite e comunicação móvel 1,2,3,4,5,6, 7. O padrão de radiação do feixe cônico é valioso para aplicações independentes de um padrão de radiação omnidirecional horizontal para fornecer a melhor relação desempenho-custo, como sistemas rastreadores de satélite4,8. Recentemente, algumas pesquisas concentraram-se na faixa de frequência da banda Ku para sistemas de comunicação de alta frequência9. Sistemas com dois feixes broadside e cônicos foram desenvolvidos em antenas simultâneas10 ou de alimentação comutável11. Para aumentar a confiabilidade de um sistema de comunicação, antenas de diversidade de padrões podem ser consideradas no transceptor12,13.

Recentemente, diferentes métodos foram propostos para projetar uma antena de padrão cônico de banda larga, como alguns formatos de monopolo planar , patch circular de microfita truncada com substrato 17, guia de ondas coaxial de extremidade aberta 18, conversão de modo em um guia de ondas circular 19 e radialmente antena de slot disposta10,20. Diferentes modos ressonantes de antenas circulares podem ser excitados para irradiar padrões largos e cônicos . Adotar duas portas separadas com diferentes modos de radiação para uma única antena patch é outro método para ter diversidade de padrões23.

Existem vários métodos para se ter uma antena com banda larga e feixe de radiação de alta diretividade. Matrizes de transmissão planas e matrizes refletivas projetadas com base em superfícies seletivas de frequência (FSS)24,25 ou dielétricas homogêneas26 e não homogêneas27 são alguns métodos para obter padrões de radiação de alto ganho. A complexidade da construção, a largura de banda limitada e a realização de múltiplas camadas separadas são algumas das principais desvantagens dos métodos baseados em metamateriais. Nos últimos anos, vários métodos foram introduzidos para melhorar o desempenho de estruturas metamateriais. O ótimo desempenho e a simplicidade dos processos de fabricação são algumas das vantagens das estruturas metamateriais28,29. Introduz perfis de fase separados em dois canais circulares de preservação de polarização, permitindo imagens holográficas separadas em dois campos preservados de polarização com diferentes distâncias de propagação. Ele é projetado com cinco camadas metálicas separadas por quatro camadas dielétricas e é passivo, sem perdas e recíproco. Lentes dielétricas são outra opção adequada para colimar o feixe da fonte de alimentação na direção frontal ou moldar o padrão de radiação desejado30,31,32,33.