[論文レビュー] A Compact Dual Band Dielectric Resonator Antenna For Wireless Applications

Hedi Raggad, Mohamed Latrach+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 6, 2013

Antenna Design and Analysis参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、マイクロストリップ線と狭帯域スロットアパーチャーを介して励起され、TE111モードおよびTE113モードを励振することで1.71–1.88 GHz（DCS）および2.40–2.48 GHz（WLAN）で動作するコンパクトな二帯域デイジタル共振器アンテナ（DRA）を提案する。高誘電率DRAにより小型化が実現され、良好なリターンロス、安定した放射パターンが得られ、シミュレーションと測定結果の間で良好な一致が確認された。

ABSTRACT

This paper presents the design of a dual band rectangular Dielectric Resonator Antenna (DRA) coupled to narrow slot aperture that is fed by microstrip line. The fundamental TE111 mode and higher-order TE113 mode are excited with their resonant frequencies respectively. These frequencies can be controlled by changing the DRA dimensions. A dielectric resonator with high permittivity is used to miniaturize the global structure. The proposed antenna is designed to have dual band operation suitable for both DCS (1710 - 1880 MHz) and WLAN (2400 - 2484 MHz) applications. The return loss, radiation pattern and gain of the proposed antenna are evaluated. Reasonable agreement between simulation and experimental results is obtained.

研究の動機と目的

• 現代の無線通信システムに適したコンパクトで二帯域のデイジタル共振器アンテナを設計すること。
• DCS（1710–1880 MHz）およびWLAN（2400–2484 MHz）周波数帯域をカバーする二帯域動作を達成すること。
• 高誘電率のデイジタル共振器を用いてアンテナ構造を小型化すること。
• マイクロストリップ線駆動およびアパーチャー結合を用いて、良好な放射特性とリターンロスを確保すること。
• シミュレーションと実験的測定を用いて設計を検証し、両者の結果が良好に一致することを確認すること。

提案手法

• アンテナ全体のサイズを小さくするために、高い相対誘電率を有する矩形デイジタル共振器を用いる。
• アンテナはマイクロストリップ線で駆動され、狭帯域スロットアパーチャーを介して、基本モードのTE111モードおよび高次モードのTE113モードを励起する。
• 共振周波数はデイジタル共振器の寸法を調整することで制御される。
• 幾何的チューニングによるモード励起制御を活用し、二帯域動作を実現する。
• リターンロス、放射パターン、利得を評価するために、シミュレーションと測定を併用する。
• スロットアパーチャーの使用により、インピーダンスマッチングが実現され、所望のモードが効率的に励起される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DCSおよびWLAN帯域の両方で効率的に動作するコンパクトな二帯域DRAをどのように設計できるか？
• RQ2 高誘電率のデイジタル共振器がアンテナサイズの縮小に果たす役割は何か？
• RQ3 マイクロストリップ駆動とスロットアパーチャー結合の組み合わせが、モード励起およびインピーダンスマッチングに与える影響は何か？
• RQ4 リターンロスおよび放射パターンに関して、シミュレーション結果と実験測定結果の一致度合いはどの程度か？
• RQ5 TE111モードとTE113モードを独立して制御することで、安定した性能を実現する二帯域動作を達成できるか？

主な発見

• 提案されたDRAは、1.71–1.88 GHz（DCS）および2.40–2.48 GHz（WLAN）で二帯域動作を達成し、目的の無線通信帯域を満たしている。
• 高誘電率のデイジタル共振器の使用により、アンテナ構造の小型化が成功した。
• 両帯域で-10 dB未満のリターンロスが達成され、良好なインピーダンスマッチングが示された。
• 放射パターンは両周波数帯域で安定したボトムスライド型の放射特性を示した。
• 利得はコンパクトDRA設計の期待される性能と一致しており、中程度の指向性を示した。
• リターンロス、放射パターン、利得に関して、シミュレーションと測定結果の間で合理的な一致が観察された。