Ohuet kuormitettuihin siirtojohtoverkkoihin perustuvat antennit

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Faculty of Electronics, Communications and Automation | Master's thesis
Date
2008
Major/Subject
Radio Technology
Radiotekniikka
Mcode
S-26
Degree programme
Elektroniikan ja sähkötekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
ix, 71
Series
Abstract
Tässä diplomityössä tutkittiin kaksiulotteisen kuormitettuihin siirojohtoverkkoihin perustuvan antennin toteutusta ilman monimutkaista syöttöverkkoa. Päämääränä oli tutkia, onko mahdollista saada aikaan tasomainen, tasaisesti herätetty rakenne, jolla on sama vaihe jokaisessa pisteessä. Tällöin rakenne toimii rintamasäteilijänä, ja pääkeilan leveyttä voitaisiin muuttaa rakenteen kokoa muuttamalla. Antenni suunniteltiin ensin yksiulotteisen periodisen siirtojohtoverkon ja dispersion avulla halutuksi. Toimintaa tutkittiin analyyttisten laskelmien sekä elementtimenetelmäohjelmisto HFSS:n avulla. Tämän jälkeen suunniteltiin vastaava antenni tasossa käyttäen samaa periaatetta. Tämän kaksiulotteisen N × N yksikkösolun kokoisen antennin syöttöä tutkittiin N:llä syötöllä yhdeltä reunalta sekä yhdellä syötöllä kulmasta. Huomattiin, että kulmasta syötetty antenni toimii rintamasäteilijänä siinä missä yhdeltäkin reunalta syötetty kaksiulotteinen rakenne. Aallon etenemiselle johdettiin piirimalli äärellisessä siirtojohtoverkossa aksiaalisessa ja diagonaalisessa suunnassa. Kulmasta syötetyn rakenteen antenni-impedanssissa ja sovituksessa on kuitenkin suuri ero yksiulotteiseen rakenteeseen verrattuna, mikä estää sen laajakaistaisen käytön. Tämä johtui siirtojohtoverkkoantennin reunojen sovitusvastuksista, joita käytettiin rajaamaan verkko äärelliseen kokoon. Yksinkertainen sovituspiiri suunniteltiin esimerkkiantenniin rintamasäteilytaajuudella ƒ0 = 2.38 GHz, mikä johti 2,7 prosentin taajuuskaistaan.

Loaded transmission-line network (TLN) antennas without complex feed networks were studied in this master's thesis. The goal of the study was to determine if it was possible to design a uniformly excited structure with the same phase at every point. This would lead to a broadside antenna, and the beam width of the main beam could be adjusted by changing the size of the TLN. The antenna was first designed with the help of a one-dimensional periodic TLN and dispersion to have the wanted properties. Functionality was inspected with analytical calculations and HFSS full-wave software. After this, a planar antenna with similar properties was designed using the same principles. The feeding of this two-dimensional N × N TLN structure was studied with N feeds at one edge and one feed at the corner. It was noted that the corned-fed antenna works as a broadside antenna similarly to the edge-fed antenna with multiple feeds, thus removing the need for a complex feeding network. A circuit model for the finite TLN with propagation in axial and diagonal directions was derived. There was, however, a noticeable difference in the antenna impedance of the planar antenna compared to the one-dimensional structure, which prevents the broadband use of the designed antenna. This was caused by the resistive edge-terminations which had to be used to limit the TLN to a finite size. A simple matching circuit was designed for an example antenna at the broadside-radiation frequency ƒ0 = 2.38 GHz, that lead to 2.7 % bandwidth.
Description
Supervisor
Tretyakov, Sergei; Prof.
Thesis advisor
Alitalo, Pekka; DI
Keywords
transmission-line network, leaky-wave antenna, frequency-scanning antenna, balanced dispersion, siirtojohtoverkko, vuotoaaltoantenni (vuotavan aallon antenni), taajuuspyyhkäisevä antenni, tasapainoitettu dispersio
Other note
Citation
Permanent link to this item
https://urn.fi/urn:nbn:fi:tkk-012125