Muharrem KARAASLAN, Emin ÜNAL, Enver ÖZDEMİR, Utku ERDİVEN

Elektromagnetik bant boşluğu yapılar kullanılarak düşük profilli antenlerin ışıma özelliklerinin geliştirilmesi

Geniş bant düşük profil antenlerin kazanç ve bant genişliği, bu antenlerin, klasik platformların iletken yüzeylerine yerleştirildiğinde ciddi olarak bozulmaya uğramaktadır. Bu bozulmanın temel nedeni iletken yüzeyden yansıyan faz dışı yansımalar ile antenin kendi radyasyonunun g irişimidir. Anten ve platform arasına yerleştirilen ince alt tabaka içerisine yönelen yanal dalgalar, yüzey dalgalarının artmasına sebep olur ve alt tabakanın kenarından büyük ölçüde bozucu dağılma ile sonuçlanır. Anten performansını azaltan bu iki büyük p roblemi çözmek için yüksek empedans zemin düzlemli yapılar (HIGP) dizayn edilmiştir. Mantar benzeri iki boyutlu periyodik yapılardan oluşan HIGP, mükemmel manyetik iletken (PMC) benzeri yansıma oluşturmasının yanında, alt tabaka modlarının bant durduran ar alığı içerisinde yüzey dalgalarını da bastırmaktadır. Bu çalışmada yeni tip geometrik yapılardan oluşan HIGP - anten sisteminin dizaynı ve FEM metodu ile optimizasyonları sunulacaktır. Mantar benzeri yüzeylerin, yüzey dalgalarını bastırmak için kullanıldığı bilinmektedir. Ancak HIGP dizayn sonuçlarının düşük profil anten ile uyum kriterlerini karşıladığını araştırmak için, bir HIGP yüzeyin operasyonel frekans bandı, düşük profil tel antenin iyi geri dönüş kaybı ve radyasyon örüntüsü ile etkin bir şekilde yayı labileceği frekans bölgesi içerisinde tanımlanması gerekmektedir. Farklı tip birim hücrelerden oluşan optimize edilmiş HIGP’ler üzerinde, düşük profil antenlerin operasyonel frekans bantları araştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler:

Yüksek Empedanslı Zemin Düzlemi (HIGP), Elektromanyetik Band Boşluğu (EBG) Yapılar

Enhancement of low profİle antenna radiation properties using electromagnetic band gap structures

Gain and bandwidth of broadband low - profile antennas severely deteriorate when they are placed conformally onto the conductive skins of platforms. This detrimental effect is primarily due to out - of - phase reflections from the conductive body interfering with the antenna’s self radiation. Furthermore, lateral waves launched by the antenna couple into the thin substrate placed between the antenna and the platform, giving rise to surface waves resulting in significant diffraction from the edges of the substrate. To fix these two major mechanisms degrading antenna performance, high impedance ground planes (HIGP) are designed. HIGPs made of a 2 - dimensional periodic arrangement of a mushroom structure not only provide perfect - magnetic - conductor (PMC) - like reflection but also suppress the surface waves within the stop - band of the substrate modes. This study presents new geometrical shape HIGP - antenna designs and optimizations. Dipole antenna is used as low profile antenna in the research. Mushroom - like surface is being used for suppressed surface waves. However, to ensure that resulting HIGP designs will meet the criteria of low profile antenna applications, an operational frequency band of an HIGP surface is defined as the frequency region inside of which a low profile wire antenna radiates efficiently with a good return loss and radiation patterns. O perating frequency bands of these antennas over different types of optimized HIGP’s are investigated. Butterfly like HIGP and antenna designs are introduced. Broadband nature of the HIGP - antenna system designs is increased by using butterfly type HIGP.

Keywords:

High Impedance Ground Plane (HIGP), Electromagnetic Band Gap (EBG) Structures,

PDF

___

Sievenpiper, D. F., Zhang, L., Broas, R.F. J., Alexopolus,N. G., ve Yablonovitch, E., “High-impedance electromagnetic surfaces with a forbidden frequency band“ , IEEE Transanctions On Microwave Theory and Techniques, Cilt 47, No 11, 2059-2074,1999.
Yang, F. ve Samii, Y. R. Electromagnetic band gapstructures in antenna engineering“ Cambridge University Press, Cambridge, İngiltere, 2009
Yang, L., Fan, M., Chen, F., She, J. ve Feng, Z., “A novel compact electromagnetic bandgap (EBG) structure and its application for microwave circuits“, IEEE Trans. Microw. Theory Tech., Cilt 53, No 1, 183–190, 2005.
Yang, F. ve Samii Y. R., “Reflection phase characterizations of the EBG ground plane for low profile wire antenna applications“, IEEE Trans. On Antennas and Propagation, Cilt 51, No 10, 2691-2703, 2003.
Golla, K. J., Broadband application of high impedance ground planes. Yüksek Lisans Tezi, Graduate School of Engineering and Management, Air Force Institute of Technology AU, Wright Patterson AFB OH, 2001.
Shin, Y.S., Kong, G. K., Park, S.O., “A compact multiband PIFA with the modified ground plane and shorting plate for wireless communications applications’, Microw. Opt. Technol. Lett., Cilt 50, No 1, 114–117, 2008.
Yang, F., Samii, Y. R., “Microstrip antennas integrated with electromagnetic band-gap (EBG) structures: a low mutual coupling design for array applications’, IEEE Trans. Antennas Propag., Cilt 51, Sayı 10, 2936–2946, 2003.
Broasr ,F.J., Sievenpiper, D.F., Yablonovitch, E., “A high- impedance ground plane applied to a cellphone handset geometry”, IEEE Trans. Microw. Theory Tech., Cilt 49, Sayı 7, 1262–1265, 2001.
Linton, D. ve Scanlon, W., Continuously Conformable Antenna Element for Advanced Wearable Communications Under Hostile Channel Conditions, Yüksek Lisans Tezi, Queen’s University, 2006.