كوچك‌سازي آنتن ريزنوار با استفاده از رولايه مبتني بر ابر سطح الكترومغناطيسي

Patch Antenna Miniaturization Utilizing Metasurface Superstrate

در اين مقاله از ابر سطح الكترومغناطيسي جديدي جهت كوچك‌سازي آنتن ريزنوار استفاده شده است. اين ابر سطح در بالاي آنتن (به‌صورت رو لايه) قرار داده‌شده است. هدف اصلي در اينجا، كاهش اندازه ابعاد آنتن هست. بنابراين، رو لايه به‌ طور مستقيم روي آنتن اصلي بدون هيچ فاصله هوايي قرار مي‌گيرد. براي مقايسه و نشان دادن ميزان كوچك‌سازي انجام شده، يك آنتن ديگر كه در فركانس آنتن كوچك‌سازي شده تشديد مي‌كند (حتي‌الامكان با عملكردي نزديك به عملكرد آنتن از نظر پارامترهاي تشعشعي)، در نرم‌افزار طراحي شده و پارامترهاي دو آنتن نظير اندازه، بهره تشعشعي، بازدهي تشعشعي، پهناي باند و تطبيق باهم مقايسه شده‌است. با اين كار امكان كوچك‌سازي ساختار كلي آنتن تا حدود 50 درصد فراهم مي‌شود. از آنجاكه در اين روش كوچك‌سازي ساختار آنتن اصلي بدون تغيير مي‌ماند (حتي تغذيه آنتن جهت تطبيق جابجا نمي‌شود و ابعاد آنتن نيز بدون تغيير مي‌ماند)، مي‌توان تغيير و بهبود پارامترهاي آنتن كوچك‌سازي شده (با رولايه مبتني بر ابر سطح الكترومغناطيسي) را ناشي از تأثير مستقيم رو لايه روي آنتن دانست. نتايج شبيه‌سازي و اندازه‌گيري تأثير اين رو لايه را روي پارامترهاي آنتن نشان مي‌دهند.

In this paper, a new metasurface is proposed for miniaturization of patch antenna. The metasurface is placed on top of the patch antenna (working as a superstrate). The main purpose of this paper is to reduce dimensions of antenna. So the metasurface superstrate is placed on top with no air gap and is in direct contact with the radiating patch. For affirming the reduction in size, another patch antenna, which has the same shape with primary antenna, is designed without using superstrate to operate with approximate similar performance at the frequency of the first antenna with metasurface superstrate. The results show that this method brings size reduction about 50% in the surface of antenna. In this method of miniaturization, the only factor in reducing the resonant frequency of primary antenna is metasurface superstrate (place of feed line and the values of antenna dimensions are not changed). Therefore the antenna radiating parameters are affected just by metasurface superstrate. Consequently simulation measurement results, show effects of metasurface superstrate on the patch antenna characteristic and performance parameters.