Lentille inhomogène à large bande avec diagramme de rayonnement conique

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12907 (2023) Citer cet article

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Ce manuscrit présente une antenne à lentille avec des faisceaux latéraux et coniques simultanés. La lentille est conçue pour la bande Ku en utilisant la méthode d'insertion de rayons. Le diagramme de rayonnement conique proposé est à large bande en raison d'une bonne adaptation avec la source et l'environnement. La simulation est réalisée à l’aide du solveur CST Microwave Studio. Au lieu des formes d'antenne complexes utilisées dans d'autres travaux, un simple anneau de brassage circulaire et un connecteur RF sont utilisés comme alimentation de l'objectif pour générer respectivement des motifs coniques larges et omnidirectionnels. Pour valider les performances de l'objectif conçu et de son antenne d'alimentation à deux ports, la structure de l'objectif est réalisée et fabriquée à l'aide de la méthode d'impression 3D. Dans ce travail, une matière plastique polyéthylène téréphtalate glycol (PETG) est utilisée pour construire la lentille. Les caractéristiques électromagnétiques du PETG dans la bande Ku sont mesurées avec précision. Les résultats des simulations et des expériences démontrent les bonnes performances de la lentille conçue sur une large bande passante de fréquence. L'avantage de cette structure conçue par rapport aux autres œuvres réside dans son gain élevé et sa large bande passante.

La communication de données sans fil à haut débit est requise pour de nombreuses applications impliquant des antennes à bande ultra large et à gain élevé. Ces dernières années, les antennes à diagramme de rayonnement conique ont été utilisées dans diverses applications telles que le transfert de données à grande vitesse, l'automobile, l'annuleur de lobes latéraux dans les radars, la détection médicale, la réception de satellites et les communications mobiles1,2,3,4,5,6, 7. Le diagramme de rayonnement à faisceau conique est précieux pour les applications indépendantes d'un diagramme de rayonnement omnidirectionnel horizontal afin d'offrir le meilleur rapport performance/coût, telles que les systèmes de suivi de satellite4,8. Récemment, certaines recherches se sont concentrées sur la gamme de fréquences en bande Ku pour les systèmes de communication haute fréquence9. Des systèmes à deux faisceaux latéraux et coniques ont été développés dans des antennes à alimentation simultanée10 ou commutables11. Pour augmenter la fiabilité d'un système de communication, des antennes à diversité de motifs peuvent être envisagées au niveau de l'émetteur-récepteur12,13.

Récemment, différentes méthodes ont été proposées pour concevoir une antenne à motif conique à large bande, telles que certaines formes de monopôle plan 14, 15, 16, de patch circulaire microruban tronqué par substrat 17, de guide d'ondes coaxial à extrémité ouverte 18, de conversion de mode dans un guide d'ondes circulaire 19 et radialement. antenne à fente réseau10,20. Différents modes de résonance des antennes à patch circulaire peuvent être excités pour rayonner des motifs larges et coniques21,22. L'adoption de deux ports distincts avec des modes de rayonnement différents pour une seule antenne patch est une autre méthode permettant d'obtenir une diversité de modèles23.

Il existe plusieurs méthodes pour disposer d'une antenne avec un faisceau de rayonnement à large bande et à haute directivité. Les réseaux de transmission planaires et les réseaux réfléchissants conçus sur la base de surfaces sélectives en fréquence (FSS)24,25 ou diélectriques homogènes26 et inhomogènes27 sont quelques méthodes permettant d'obtenir des diagrammes de rayonnement à gain élevé. La complexité de la construction, la bande passante limitée et la réalisation de plusieurs couches distinctes sont quelques-uns des principaux inconvénients des méthodes basées sur les métamatériaux. Ces dernières années, plusieurs méthodes ont été introduites pour améliorer les performances des structures métamatérielles. Les performances optimales et la simplicité des processus de fabrication font partie des avantages des structures métamatérielles28,29. Introduit des profils de phase séparés dans deux canaux circulaires préservant la polarisation, permettant des images holographiques distinctes dans deux champs à polarisation préservée avec des distances de propagation différentes. Il est conçu avec cinq couches métalliques séparées par quatre couches diélectriques et est passif, sans perte et réciproque. Les lentilles diélectriques constituent une autre option appropriée pour collimater le faisceau de la source d’alimentation dans la direction frontale ou façonner le diagramme de rayonnement souhaité30,31,32,33.