工程杂志 2314 - 4912 2314 - 4904 Hindawi 10.1155 / 2021/6676689 6676689 研究文章 紧凑的多波段仿生不对称的比较研究微带天线(BioAs-MPAs)无线应用程序 https://orcid.org/0000 - 0002 - 5618 - 9127 Abolade 耶利米O。 1 Konditi 多米尼克·b·O。 2 Dharmadhikary 瓦M。 3 1 电气工程系 泛非洲大学 研究所基础科学、技术和创新 乔莫肯雅塔大学农业和技术 Juja 肯尼亚 jkuat.ac.ke 2 电气和电子工程学院 肯尼亚的科技大学 内罗毕 肯尼亚 tukenya.ac.ke 3 电气和电子工程 德大学的技术 Nyeri 肯尼亚 dkut.ac.ke 2021年 24 2 2021年 2021年 19 10 2020年 4 2 2021年 10 2 2021年 24 2 2021年 2021年 版权©2021耶利米o . Abolade et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

紧凑的多波段仿生学研究的比较分析不对称美联储微带天线(BioAs-MPAs)是本文首次提出的。该天线是基于半 番木瓜叶子的形状,半 蓬莱蕉deliciosa叶子的形状,半 葡萄形状,叛逃地面结构(DGS)和L-slit技术。天线是建立在33×15毫米2罗杰斯特耐用5880衬底。造型的共振频率方程提出了任意形状的辐射贴片是基于修改圆形贴片模型方程。半- 番木瓜叶天线在2.4 GHz 4.4 GHz, 蓬莱蕉deliciosa叶天线在2.6 GHz, 4.4 GHz和5.5 GHz,而葡萄叶子天线在2.5 GHz和5.4 GHz。拟议中的BioAs-MPAs天线辐射模式E-plane双向在所有操作频率与合适的X-Pol纯洁和全向辐射模式h平面在所有操作频率。的结果分析,发现每个其他仿生结构有其独特的优点。由于体积小,稳定的辐射方向图,增益和高辐射效率,提出BioAs-MPAs天线适合的ISM波段,蓝牙,wi - fi, WiMAX, LTE, UMTS, Sub6 GHz 5 G带、无线个域网和RF-Altimeter用于无人机和航空工业。

泛非洲大学研究所的基础科学、技术和创新
1。介绍

天线必须紧凑,窄带无线传感器网络由于其纯度和空间数据约束。更是如此,在机载应用,如航空、天线应该平放在飞机的身体;因此,贴片天线的使用。射频高度计操作在4.2 - -4.4 GHz频段用于航空工业机载测量高度和,必要性,不应干扰其他无线协议,以确保测量的准确性高度,因此使用窄带天线操作中心频率为4.3 GHz。尽管如此,大多数的文学作品都集中在多波段天线WLAN, WiMAX和ISM波段应用程序( 1- - - - - - 5]。槽腐蚀地面上的飞机或辐射补丁已经在文献中用于实现多频共振( 1, 6- - - - - - 8]。超材料也被用于多波段天线实现报道作者( 3, 9, 10]。

此外,作者在 11, 12电磁带隙)]使用电磁带隙(和蜿蜒的实现紧凑的多波段天线。寄生负载也被作者用于( 13- - - - - - 15)多波段天线实现。贴片天线的优点之一是可用性不同的饲养技术,如同轴,微带,共面波导(CPW)。共面波导可分为对称和非对称共面波导。由于数据带来的好处,如小辐射泄漏,减少分散、独立的特性阻抗在衬底的厚度,位于同一平面的和易于集成与其他微波设备,它被广泛地用作贴片天线的饲养技术 16]。对于对称的数据,带位于两个地面飞机的中心( 5, 17]。另一方面,非对称数据通常被称为非对称共面带状(ACS)有一条从地平面的中心转移,通常有自己的地平面的一侧带( 2, 18]。

在这项工作中,一个不对称的微带馈线用于实现密实度。这项工作的贡献是:(1)小说的命题喂食技术不对称微带技术实现密实度;(2)命题Semi-bioinspired天线结构的多波段无线天线尺寸小型化申请书;(3)命题的共振频率预测公式对任意形状的贴片天线使用修改后的圆形辐射贴片;和(4)命题使用L-slit阻抗匹配增强和频率调谐。据我们所知,还没有人提出一个紧凑的narrow-multiband天线操作在2.4 GHz和4.4 GHz的文学,这是这项工作的另一个贡献。这两个乐队在航空工业是重要的WLAN用于船上乘客的互联网浏览和c波段(4.4 GHz)用于高度测量。因此,合并这两个乐队在单个天线元素有必要减少飞机的整体重量,减少成本。该补丁的形状是基于(1)首次报道在[Papaya-leaf形状 19),作者使用一个完整的papaya-leaf形状的辐射贴片宽带应用程序;(2) 蓬莱蕉deliciosa叶;和(3)葡萄叶子。

2。天线设计与分析

美联储仿生非对称微带天线(BioAs-MPAs)提出了工作是基于semi-papaya叶,半 蓬莱蕉deliciosa叶,Semi-Vine叶结构有一个相等的区域 一个 p 119毫米的2与一个L-slit美联储使用一个不对称的微带馈线如图 1- - - - - - 3分别。一个典型的 番木瓜叶, 蓬莱蕉deliciosa叶,葡萄叶子是如图 4(一)- - - - - - 4 (c)分别。涉及三个阶段实现最后BioAs-MPA结构如图 1(一)- - - - - - 1 (c), 2(一个)- - - - - - 2 (c), 3(一个)- - - - - - 3 (c) 番木瓜的基础, 蓬莱蕉deliciosa为基础,分别Vine-based补丁。在图X (a) (X = 1、2和3),完整的一半(半)形状与第一次使用宽屏地面仿生结构;然后,叛逃Ground-Width执行如图X (b)和一个L-slit介绍semi-papaya叶形状如图X (b)如图(c)。

顶视图的提议 番木瓜基础配置。(一)Slitless补丁,(b) Defected-width地平面,(c) L-slitted贴片天线。

顶视图的葡萄叶子基础配置。(一)Slitless补丁。(b) Defected-width地平面,(c) L-slitted贴片天线。

顶视图的Deliciosa-leaf基础配置。(一)Slitless补丁。(b) Defected-width地平面,(c) L-slitted贴片天线。

一个典型的(一个) 番木瓜叶,(b) 蓬莱蕉deliciosa叶和(c)葡萄叶子。

罗杰斯特耐用5880有一个使用的基质 ε r 2.2,损耗角正切 棕褐色 δ 的0.0009和1.57毫米的厚度。参数如图X (c) (X = 1, 2, 3)提出了表 1。天线是美联储50Ω馈线和方程( 1)和( 2)修改后的圆形贴片预测模型方程提出BioAs-MPA天线是改编自( 20.]。点坐标展示在表的结构 2用于可重复性。坐标是通过图形的结构。 (1) f r n 0 X n C 一个 eff ε 雷夫 , 在那里; (2) 一个 e f f 一个 p 1 + 2 h 2 π 一个 p ln 一个 p 2 h 2 + 1.41 ε r + 1.77 + h 2 一个 p 0.268 ε r + 1.65 1 / 2 , (3) ε 雷夫 ε r + 1 2 , 一个 eff 片的有效面积, 一个 p 散热片的面积, ε 雷夫 是有效的相对介电常数, X n 是贝塞尔函数的导数的零 J x , C 自由空间速度和吗 h 衬底的厚度。

优化BioAs-MPA天线配置参数。

参数 值(毫米)
番木瓜 葡萄树 蓬莱蕉deliciosa
G l 4.00 3.00 3.00
G w 11.0 11.00 11.00
f w 2.90 2.90 2.90
f l 12.90 12.90 12.90
f x 3.90 3.90 3.90
l 8.60 8.60 8.60
W 年代 0.5 0.5 0.5
X 10.00 7.50 9.00
年代 w 4.00 4.00 2.22
年代 l 6.00 6.00 6.00
W 1 3.50 3.50 3.50
l 33.00 33.00 33.00
W 15.00 15.00 15.00
W 2 1.50 2.07 1.30

的坐标辐射贴片的形状。

木瓜 葡萄树 Deliciosa
X1 日元 X2 Y2 X3 Y3 X1 日元 X2 Y2 X1 日元
0.0 9.2 −10.7 −0.9 9.1 −7.3 9.6 −1.6 −3.8 −7.4 −9.7 −3.1
2.3 10.2 −8.2 −1.2 9.0 −8.3 8.4 −2.2 −6.0 −8.0 −9.2 −0.9
1。9 7.4 10.9 0.9 6.8 −7.0 10.6 −2.9 −3.4 −4.2 −5.7 −0.6
3所示。3 6.8 9.4 0.2 6.4 −7.1 9.2 −3.3 −5.0 −5.2 −5.7 −0.3
1。6 6.1 8.6 −0.4 6.8 −4.8 10.0 −3.9 −4.6 −4.0 6.3 0.3
0.2 5。4 8.7 −0.9 6.2 −4.8 9.2 −4.0 −6.8 −4.6 5。7 0.0
1。4 4.7 10.1 −0.6 5。6 −5.3 9.0 −5.0 −5.4 −2.9 10.0 −0.9
2.1 5。3 11.3 −0.9 5。4 −4.7 7.8 −4.8 −6.6 −3.3 10.3 −4.3
2.3 4.8 11.7 −1.2 5。5 −3.9 7.6 −6.7 −6.2 −2.5 6.0 −8.0
3所示。5 6.3 10.9 −1.4 4.9 −3.6 6.6 −6.1 −7.4 −2.7 5。1 −8.0
6.0 7.3 10.5 −1.8 4.5 −4.1 5。8 −7.4 −6.8 −1.8 6.6 −2.0
4.7 4.7 11.5 −2.2 4.9 −6.1 5。4 −7.0 −7.8 −2.2 5。7 −2.0
−4.6 −4.2 12.6 −4.2 4.7 −7.0 5。0 −7.6 −7.6 −1.4 4.0 −8.9
−4.0 −3.6 10.7 −3.6 4.3 −8.8 4.8 −7.2 −8.4 −1.6 0.6 −9.7
−3.1 −2.6 8.9 −2.9 2.9 −5.8 3所示。8 −8.0 −8.0 −0.8 2.3 −8.0
−3.9 −3.0 8.4 −2.6 2.3 −6.3 3所示。6 −6.1 −10.0 0.0 3所示。7 −2.6
−5.1 −4.2 7.9 −1.8 2.5 −6.8 3所示。2 −6.5 −8.9 0.4 3所示。3 −2.3
−6.1 −5.1 7.6 −1.8 2.3 −9.2 3所示。2 −7.6 4.8 0.5 −0.3 −9.4
−7.8 −5.9 7.6 −1.9 1。2 −7.8 2.8 −7.4 - - - - - - −3.7 −8.9
−7.6 −4.4 8.0 −2.6 0.6 −7.9 1。8 −8.6 −1.7 −7.7
−7.0 −3.1 8.6 −3.1 0.8 −8.8 1。0 −8.0 0.9 −2.6
−7.1 −3.0 9.9 −3.7 - - - - - - 0.4 −8.6 0.3 −2.3
−7.9 −3.6 10.7 −4.6 0.2 −8.0 −3.7 −8.6
−9.2 −4.2 10.1 −4.4 −1.0 −8.9 −6.6 −7.2
−10.7 −4.6 8.8 −4.2 −1.6 −8.0 −4.9 −6.3
−10.1 −3.6 8.5 −4.7 −2.4 −8.6 −3.1 −2.6
−12.8 −2.9 9.3 −5.4 −2.8 −8.0 −3.4 −2.6
−10.4 −1.4 8.9 −5.9 −3.8 −8.2 −7.2 −6.3

注意: z协调是零(0)点,所有的点都在毫米(mm)。

用表 2,散热片的面积的价值 一个 p 可以由方程( 4); (4) 一个 p = n = 一个 N 1 X n Y n + 1 Y n X n + 1 + X N Y 一个 Y N X 一个 2 , 在那里,” 一个“代表1的起点。” N”代表了终点。它可以观察到所有的辐射贴片面积119.00毫米。 N 木瓜 = 77年 , N 葡萄树 = 46 , N Deliciosa = 28

3所示。结果和讨论 3.1。反射系数(<斜体> < /斜体> <子> < /订阅> 11日)

年代11三个阶段的BioAs-MPA天线提出了数字 5- - - - - - 7分别。它可以观察到,Slitless semi-papaya结构与地面宽屏(例如, G w = 15 毫米 )有两个共振频率为2.4 GHz f l 随着 TM 110年 模式和5 GHz f h 随着 TM 010年 模式与 年代11−12.74 dB和−6.32 dB分别如图 5。这表明,天线结构在一个仅适用于WLAN应用阶段。为了提高反射系数的主导模式,地平面宽度是叛逃,如图 1 (b)。我们可以看到在图 6,反射系数变得−30.86 dB和−5.5 dB分别为2.5 GHz和5.7 GHz。但是,因为我们的目标是实现多波段天线,在第二阶段中,介绍了L-slit创建另一个共振在4.4 GHz f 随着 TM 210年 模式的机载应用程序−26.54 dB的反射系数,进一步提高了反射系数在2.4 GHz和5.7 GHz−45.40 dB和−6.41 dB分别如图 7

年代11的Slitless完整地面宽度BioAs-MPAs配置。

年代11的Slitless Defected-ground宽度BioAs-MPAs配置。

年代11开槽defected-ground宽度BioAs-MPAs配置。

另一方面,它可以观察到,slitless semi-Vine-leaf结构与地面宽屏(例如, G w = 15 毫米 )有两个共振频率为2.5 GHz f l 随着 TM 110年 模式和5.1 GHz f h 随着 TM 010年 模式与 年代11−16.07 dB和−8.01 dB分别如图 5。为了提高反射系数的主导模式,地平面宽度是叛变就像在木瓜叶如图 2 (b)。我们可以看到在图 6,反射系数变得−41.14 dB和−6.08 dB分别为2.6 GHz和5.6 GHz。就像木瓜叶,L-slit也介绍了但这并不共振,结果相反,共振频率降至2.5 GHz和反射系数的5.4 GHz−32.71 dB和−10.02 dB分别如图 7

在相同的光,它可以观察到,slitless semi-Deliciosa结构与地面宽屏(例如, G w = 15 毫米 )有两个共振频率为2.5 GHz f l 随着 TM 110年 模式和5.1 GHz f h 随着 TM 010年 模式与 年代11−15.15 dB和−10.63 dB分别如图 5。为了提高反射系数在2.5 GHz,地平面宽度是叛逃,如图 3 (b)。因此,我们可以看到在图 6,反射系数变得−21.39 dB,−4.97 dB,−10.35 dB和−4.73 dB在2.6 GHz, 4.9 GHz,分别5.7 GHz和7.0 GHz。看到这只能在2.6 GHz操作方便,增强了阻抗匹配的L-slit介绍。引入L-slit结果在2.5 GHz的共振 TM 110年 模式,4.4 GHz的 TM 210年 模式,5.5 GHz的 TM 010年 模式的反射系数−20.26 dB,−33.05 dB,−19.27 dB分别如图 7

3.2。天线增益、辐射效率和辐射模式

BioAs-MPA天线的增益和辐射效率提出了数字 8- - - - - - 10 番木瓜的天线, 蓬莱蕉deliciosa的天线,天线分别为基础的葡萄叶子。为 番木瓜贴片天线增益为2.17 dB, 1.73 dB分别为2.4 GHz和4.4 GHz,如图 8。在的情况下 蓬莱蕉deliciosa叶天线为基础,增益为2.25 dB, 1.46 dB和4.67 dB在2.6 GHz, 4.4 GHz和5.5 GHz分别如图 9。更是如此,它可以观察到在图 10,葡萄叶子贴片天线增益为2.23 dB,分别在2.5 GHz 3.48 dB和5.4 GHz。

的增益和效率 番木瓜BioAs-MPA天线。

的增益和效率Deliciosa BioAs-MPA天线。

增益和效率的葡萄叶子BioAs-MPA天线。

的辐射效率,papaya-leaf补丁的效率是97.4%和93.0%分别为2.4 GHz和4.4 GHz,如图 8。更是如此,图 9显示,Deliciosa-leaf贴片天线的效率是97.5%,86.6%,和98.3%在2.6 GHz,分别4.4 GHz和5.5 GHz。葡萄叶子贴片天线的效率在2.5 GHz和5.4 GHz分别是97.2%和99.9%,如图 10。它可以观察到,该天线的增益是在4.4 GHz普遍偏低。这是因为共振在4.4 GHz创建通过L-slit和同意的理论分析影响辐射槽的补丁,产生新的共鸣。

2 d E-plane BioAs-MPA天线的辐射方向图和h面提出了数字 11 12分别。可以看出所有提出的天线双向辐射模式在E-plane操作频率,如图 11。BioAs-MPA天线提出在E-plane有相当大的极化纯度。Vine-based天线的交叉极化高在5.4 GHz E-plane这可以追溯到穷人阻抗匹配在这个频率,如图 7。的h面辐射模式提出的全向天线所有操作频率相当大的极化纯度如图 12。因此,该天线适合无线应用程序表中列出 3

E-plane提议的天线(a) 番木瓜叶天线,(b) 蓬莱蕉deliciosa叶天线和(c)葡萄叶子天线。

h平面天线的(一个) 番木瓜叶天线,(b) 蓬莱蕉deliciosa叶天线和(c)葡萄叶子天线。

比较分析所提出的天线。

天线 GHz频率。 年代11(dB) Bw (%) 获得(dB) 滚开。(%) 应用程序
Carica papaya-leaf天线 2.4/4.4 −45.40 /−26.51 5.1/2.50 2.17/1.73 97.4/93.0 ISM波段、蓝牙、wi - fi、无线个域网、Sub6 GHz 5克,无线电高度表
葡萄叶子天线 2.5/5.4 −32.71 /−10.02 4.3/1.1 2.23/3.48 97.2/99.9 UMTS wi - fi, WiMAX无线局域网,
Deliciosa-leaf天线 2.6 / 4.4/5.5 −20.26 / /−19.28−33.05 5.07 / 1.37/7.50 2.25 / 1.46/4.67 97.5 / 86.6/98.3 WiMAX LTE 5 G sub6 GHz, WLAN,无线电高度表
3.3。表面电流密度的分布

BioAs-MPA天线的电流密度的分布数据 13- - - - - - 15 番木瓜天线的基础上,基于葡萄叶子的天线,和 蓬莱蕉deliciosa叶分别基于天线。它可以观察到,基于Papaya-leaf天线,在2.4 GHz(主导模式),表面电流密度集中在饲料分支比semi-papaya如图 (13日)。这表明木瓜feed-branch大大促进了共振的主导模式。但是,在4.4 GHz ( TM 210年 模式),电流密度的分布集中的上边缘L-slit如图 13 (b)。这表明,4.4 GHz共振是通过L-slit的引入。

表面电流分布 番木瓜在(a) 2.4 GHz (BioAs-MPA天线 TM 110年 )(b) 4.4 GHZ ( TM 210年 )。

天线表面电流分布的葡萄藤叶BioAs-MPA: (a) 2.5 GHz ( TM 110年 )(b) 5.4 GHZ ( TM 010年 )。

表面电流分布 蓬莱蕉deliciosa叶BioAs-MPA天线:(a) 2.6 GHz ( TM 110年 模式)(b) 4.4 GHz ( TM 210年 模式)(c) 5.5 GHz ( TM 010年 模式)。

提出了基于葡萄叶子的天线的电流分布在图 14。它可以观察到,饲料分支和L-slit贡献2.5 GHz的共振和5.4 GHz但相对小的5.4 GHz。这就解释了, 年代115.4 GHz高于2.5 GHz。Deliciosa更是如此,2.5 GHz的表面电流是均匀分布在feed-branch和补丁如图的中心 (15日)。L-slit周围的表面电流集中的情况 TM 210年 模式,这表明L-slit导致了共振在4.4 GHz如图 15 (b) 15 (c)显示, TM 010年 模式是由于feed-branch和补丁的贡献。

这些分析表明,L-slit有助于改善阻抗匹配,并创建一个新的共振在4.4 GHz 番木瓜基于叶的天线和 蓬莱蕉deliciosa叶天线虽然只有改善阻抗匹配的葡萄叶子。

3.4。比较参数分析

Bio-ACS天线的参数分析,提出了研究的影响 G l , G w , 年代 l , 年代 w 上的变化 年代11每个提议的Bio-ACS天线。

3.4.1。地平面的宽度效应< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M63 " > < mml: mfenced开放=”(“=”)“分隔符= " | " > < mml: mrow > < mml: msub > < mml: mrow > < mml: mi > G < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > w < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msub > < / mml: mrow > < / mml: mfenced > < / mml:数学> < / inline-formula > <斜体> S < /斜体> <子> < /订阅> 11

(1)基于番木瓜的天线。它可以看到从图 16维护三个共振,但时的反射系数 G w 是在2.4 GHz和5毫米是最严重的4.4 GHz虽然有较高的共振从5 GHz转向7 GHz−23.42 dB的反射系数。它还可以看到从图 16反射系数是更好的在最低(2.4 GHz)和中间共振(4.4 GHz) G w 10毫米,但开始时增加 G w 大约是15毫米。这意味着,地面宽度的抵消微带馈线可以用于阻抗匹配增强和频率调谐。

年代11由于变化 G w 的变化 番木瓜BioAs-MPA。

(2)蓬莱蕉Deliciosa天线。它可以看到从图 17时的反射系数 G w 是在2.4 GHz和5毫米是最严重的4.4 GHz的案例就像Papaya-leaf天线虽然转变基于高共振从5 GHz - 7 GHz−24.77 dB的反射系数。此外,从图可以看出 17反射系数是更好的在最低(2.4 GHz)和中间共振(4.4 GHz) G w 是10毫米和15毫米。尽管如此,有一个转变时的共振频率5.2 GHz 6.1 GHz G w 从15毫米至10毫米。这表明地面飞机是一种有效的优化手段的阻抗匹配以及频率调谐抵消微带馈线。

年代11由于变化 G w 的变化 蓬莱蕉deliciosaBioAs-MPA。

(3)基于葡萄叶子的天线。的 年代11≤10−dB G w 等于5毫米发生7.0 GHz,可以看到图 18。它也可以观察到 年代11 G w = 10毫米是比当它是15毫米。它可以观察到,尽管地面宽度背叛还增强了阻抗匹配使用的程度是有界的。

年代11由于变化 G w 变化的葡萄藤叶BioAs-MPA。

3.4.2。地平面的长度效应< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M75 " > < mml: mfenced开放=”(“=”)“分隔符= " | " > < mml: mrow > < mml: msub > < mml: mrow > < mml: mi > G < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > l < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msub > < / mml: mrow > < / mml: mfenced > < / mml:数学> < / inline-formula > <斜体> S < /斜体> <子> < /订阅> 11

(1)基于番木瓜的天线。它可以看到从图 19,最低的 年代11在2.4 GHz (−45.4 dB)发生 G l = 4毫米和4.4 GHz−27.15 dB。它可以观察到最低 年代11(−30 dB)在4.4 GHz发生在 G l 等于5毫米但在2.4 GHz,它 年代11−20.18 dB。它也可以看到,虽然 年代11不断改善的 G l 增加到4毫米后开始增加在共振频率(2.4 GHz和4.4 GHz)。它可以观察到,在共振频率没有转变 G l 的变化。因此,地面长度只会影响天线的阻抗匹配没有优化提出的频率 番木瓜基于天线。

年代11由于变化 G l 的变化 番木瓜BioAs-MPA。

(2)蓬莱蕉deliciosa天线。在的情况下 蓬莱蕉deliciosa, G l 有相当大的影响的变化在共振频率除了基本频率(2.6 GHz)如图 20.。它可以观察到的变化 G l 只影响 年代11在最低的2.6 GHz 年代11−32.35 dB当 G l 是4毫米。它也可以观察到 G l 等于4毫米有最好的 年代11在第二个共振频率(−39.34 dB) (4.5 GHz),但第三共振频率 年代11>−6.0 GHz如图10分贝 20.。另一方面, G l 有一个= 6毫米 年代11≤10 dB−2.6 GHz, 4.4 GHz,和5.0 GHz 年代11−−14.86 dB的28.55 dB和−21.79 dB分别如图 20.。在 G l = 3毫米,2.6 GHz的天线共振,4.4 GHz和5.5 GHz−20.12 dB,−33.05 dB和−19.2 dB反射系数分别如图 20.。它还可以看到从图 20.这是 G l 4毫米的增加,阻抗匹配所有共振频率降低。

年代11由于变化 G l 的变化 蓬莱蕉deliciosaBioAs-MPA。

(3)基于葡萄叶子的天线 年代11变化的变化 G l ,见图 21增加而增加 G l 。它可以观察到 G l = 3毫米 年代11≤10 dB−2.5 GHz和5.3 GHz。它可以看到从图 21的最大价值 G l 这可能导致 年代11后≤10−2.5 GHz是6毫米。这可以追溯到葡萄叶子边缘的锯齿效应。不过,年代11在5.3 GHz−10.22 dB,但它可以从事5.2 GHz无线局域网移动设备应用的电压驻波比2.5是可以接受的。

年代11由于变化 G l 变化的葡萄藤叶BioAs-MPA。

3.4.3。影响< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M94 " > < mml: msub > < mml: mrow > < mml: mi > S < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > l < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msub > < / mml:数学> < / inline-formula > <斜体> S < /斜体> <子> < /订阅> 11

(1)基于番木瓜的天线。图 22显示的效果 年代 l 反射系数。它可以观察到实现 TM 210年 模式共振(4.4 GHz) 年代 l 必须≥5毫米,否则不会有中间共振的情况可以看出3毫米和4毫米在图 22。它也可以观察到 年代 l 可用于调优 TM 210年 频率如图所示从5毫米,6毫米和6.5毫米,但权衡 年代11在的情况下提出 年代 l = 5毫米。它也可以观察到, 年代 l 不改变 TM 110年 模式谐振频率(2.4 GHz)。

年代11由于变化 年代 l 的变化 番木瓜BioAs-MPA。

(2)蓬莱蕉deliciosa天线。图 23显示的效果 年代 l 蓬莱蕉deliciosa 年代11。它可以观察到,实现中间共振(4.4 GHz) 年代 l 必须大于3毫米,否则不会吗 TM 210年 共振模式可以看到在图3毫米的情况下 23。它也可以观察到 年代 l 可以用来优化中间共振频率所示4毫米,5毫米,6毫米,7毫米,8毫米但是权衡 年代11所示的情况 年代 l = 5毫米和4毫米。 年代 l 不影响2.4 GHz ( TM 110年 模式)共振频率证明槽基本效果的生成和优化 TM 210年 模式谐振频率以及增强的阻抗匹配。更是如此,只有 年代 l = 6毫米的结果 年代11≤10−dB反射系数在5.5 GHz。因此,采取优化 年代 l 蓬莱蕉deliciosa叶天线。

年代11由于变化 年代 l 的变化 蓬莱蕉deliciosaBioAs-MPA。

(3)基于葡萄叶子的天线。图 24显示, 年代 l 有相当大的影响 TM 110年 模式共振和 TM 010年 模式共振频率。它也可以观察到 TM 210年 共振模式, 年代 l 必须大于7毫米。

年代11由于变化 年代 l 变化的葡萄藤叶BioAs-MPA。

3.4.4。影响< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M121 " > < mml: msub > < mml: mrow > < mml: mi > S < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > w < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msub > < / mml:数学> < / inline-formula > <斜体> S < /斜体> <子> < /订阅> 11

由于观察的影响趋势 年代 l 年代11 3.4.3,只有 番木瓜的天线是用来检查的影响 年代 w 年代11。见图 25, 年代 w 导致了 TM 210年 模式共振就像 年代 l 与一个微不足道的变化的影响 TM 110年 模式的频率。

年代11由于变化 年代 w 的变化 番木瓜BioAs-MPA。

它可以观察到 年代 w 减少, TM 210年 模式共振消失了。一个0.5毫米的变化 年代 w 有一个巨大的影响 TM 210年 模式谐振频率,可以看到图 25

立刻, 年代11 番木瓜叶和葡萄叶子天线高度敏感的变化 G w 而Deliciosa不太敏感 G w 基本( TM 110年 模式), TM 210年 模式共振频率。在的情况下 G l , 年代11 番木瓜叶和葡萄叶子天线的变化敏感 G l 但它不会引起相当大的共振频率的变化。相反, TM 210年 TM 010年 共振频率的 蓬莱蕉deliciosa叶基于天线随着改变而改变 G l 。为 年代 l ,只有 TM 210年 共振频率与变化有相当大的变化 年代 l 在提出BioAs-MPAs天线和同样的效果而著称的 年代 w

4所示。比较分析 4.1。的比较分析,提出BioAs-MPA天线

3介绍了该天线的比较分析。它可以观察到 番木瓜,葡萄叶子贴片天线双频 蓬莱蕉deliciosa叶天线是一个三重频带天线。它也可以指出papaya-leaf天线具有低 年代11在操作频率。它也可以观察到,至少该天线的辐射效率是86.6% TM 210年 共振的 蓬莱蕉deliciosa叶天线。该天线窄带多波段天线增益与接受,辐射模式和效率,适用于移动无线应用程序。小的共振频率的变化是由于辐射贴片的形状的变化尽管他们平等的补丁 一个 p

4.2。比较分析提出了天线与近期作品的文学

4显示了该天线的比较研究与最近报道的文学作品。 λ d 是引导波长在衬底共振频率最低。它可以观察到,只有在(工作报告 5)结合2.49 GHz,宽4.2 GHz但阻抗带宽的1 GHz的结果与环境中的其他设备如果推理用于敏感的应用程序,如无线电高度表在机载系统。不过,这项工作的结果是基于模拟使用基于建立在有限元方法(FEM),可以看到,提出BioAs-MPAs天线有一个紧凑的尺寸,良好的辐射效率和增加相比,很多的作品在文献中报道。

比较分析Bio-ACS天线与近期作品的文学。

裁判 大小 λ d 2 底物 频率(GHz) 年代11(dB) 阻抗带宽(MHz) 获得 效率(%)
( 1] 0.08×0.70 (3.05×5.29) FR4 2.4/5.2 25 /−−37 NR 3.6/2.8 (dBi) 48/72
( 21] 0.49×0.35 FR4 2.4 / 3.5/5.2 22 / 40 /−−−13 120/340/1450 0.6 / 1.8/3.7 (dBi) NR
( 2] 0.38×0.42 FR4 2.48/3.49 −13.2 /−32.67 340/390 2.4/3.5 (dB) NR
( 3] 0.50×0.52 FR4 2.4/3.5 21 /−−14 200/390 2.25/0.88 (dBi) 76/85
( 4] 0.49×0.91 聚酯 1.8 / 2.4 / 3.5/5.2 −33.7 / / 23.6−−22.3−25.6 320/120/480/570 3.3 / 3.24 / 1.86/2.01 (dBi) 91.92 / 82.16 / 80.89/80.20
( 5] 0.49×0.38 FR4 2.49 / 4.2/7.4 −17.09 / /−20.56−27.42 300/1000/800 2.92 / 4.13/5.85 (dB) 76.96 / 67.92/85.61
( 22] 0.86×0.86 FR4 2.45 / 3.42/5.13 21 / 21 /−−−30 200/600/2330 3.29 / 3.37/4.16 (dB) NR
这项工作
CP-A 0.39×0.18 罗杰斯5880 2.4/4.4 −45.40 /−26.51 120/110 2.17/1.73 (dB) 97.4/93.0
MD-A 0.42×0.19 罗杰斯5880 2.6 / 4.4/5.5 −20.26 / /−19.28−33.05 130/60/420 2.25 / 1.46/4.67 (dB) 97.5 / 86.6/98.3
两个 0.41×0.19 罗杰斯5880 2.5/5.4 −32.71 /−10.02 120/60 2.23/3.48 (dB) 97.2/99.9

NR:没有报告,CP-A: 番木瓜天线,MD-A: 蓬莱蕉deliciosa天线,v a:葡萄叶子天线。 支持的地平面尺寸;这可能不支持无线传感器网络和机载应用程序。

5。结论

小体积多波段asymmetric-fed仿生天线称为BioAs-MPAs。三个semi-bioinspired天线结构提出了实现密实度和多波段第一次申请这个工作。小说喂养称为不对称的微带馈线的技术提出了实现紧密工作。同时,一个新的造型方程预测任意形状天线的谐振频率修改圆形贴片造型方程提出了通过仿真和验证。拟议的密实度等BioAs-MPAs天线有简洁的特点,良好的回波损耗,可接受的利益,稳定的辐射模式和效率。因此,该天线适用于无线传感器网络、蓝牙、RF-Altimeter, WLAN, LTE, wi - fi, WiMAX ISM波段和机载应用,如飞机和无人机(UAV)由于其密实度和flush-ability到飞机的身体。

数据可用性

数据支持本研究的发现都是在本文提出。

的利益冲突

作者之间没有利益冲突。

确认

这项工作是由非洲联盟通过赞助和支持泛非洲大学研究所的基础科学,技术和创新。

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