بهينه‌سازي راندمان و الگوي تشعشعي آنتن‌هاي آرايه بازتابي

Optimization of the Efficiency and Radiation Patterns of the Reflectarray Antennas

در اين مقاله روند طراحي آنتنهاي آرايه بازتابي براي بهينهسازي الگوي تشعشعي و راندمان در باند X مورد بررسي قرار گرفته است. با توجه به حساسيت بالاي تغييرات توزيع فاز روي سطح پنجره آرايه نسبت به تغييرات فركانس و محل تغذيه (مركز فاز)، تعيين محل تغذيه براي دستيابي به بالاترين راندمان از پنجره بررسي شده است. همچنين رفتار تك‌المان آرايه از نظر توزيع ميدان، فاز امواج بازگشتي و الگوي تشعشعي به صورت جداگانه مورد بحث قرار گرفته و با توجه به همين رفتار، تغييراتي در روند طراحي اعمال شده است. براي اعتبار بخشي به موضوع، بعد از طراحي دو نمونه آنتن آرايه بازتابي با استفاده از نرمافزار تمام موج CST Microwave Studio شبيه‌سازي و نشان داده شده است كه با تغيير جزئي در محل تغذيه (حدود  0.3) و در نتيجه ايجاد توزيع فاز مناسب نسبت به اين تغيير، علاوه بر دستيابي به راندمان بالا و الگوي تشعشعي مطلوب در فركانس طراحي (10 GHz)، در فركانس هاي ديگر باند نيز اين بهبود محقق شده است. در طرح جديد كاهش SLL به اندازه 10 dB، افزايش بهره به اندازه 2.5 dB و افزايش راندمان در حدود 13% در فركانس 9 GHz و افزايش بهره به اندازه 1.1 dB و افزايش راندمان در حدود 4/5% در فركانس 11 GHz نسبت به طرح قبلي به‌دست آمده است.

In this paper, design procedure of reflectarray antennas has been studied to optimize the efficiency and radiation patterns at X-band. Due to the high sensitivity of the phase distribution on the array aperture to the changes of the frequency and location of the feed antenna (its phase center), the feed location is investigated to achieve the highest efficiency of the aperture. Also, the behavior of the single element of the array in terms of field distribution, the phase of the reflected waves and its radiation patterns are discussed separately, and according to this behavior, changes in the design process have been applied. In order to validate the achievements, after design, two reflectarray antennas are simulated using commercial full-wave software (CST Microwave Studio). It has been shown that with a slight change in the location of the feed antenna (about 0.3), then providing an appropriate phase distribution for this change, a high efficiency and optimal radiation patterns are achieved at the desired frequency (10 GHz) and at other frequencies in the X-band as well. In the new design, compared to the previous design, at the frequency of 9 GHz, SLL is reduced by 10 dB, the gain and efficiency are increased by 2.5 dB and 13%, respectively; and at the frequency of 11 GHz, the gain is increased by 1.1 dB and efficiency is improved by 5.4%.