[論文レビュー] Mutual Coupling Reduction in Two-Dimensional Array of Microstrip Antennas Using Concave Rectangular Patches

Shahram Mohanna, Ali Farahbakhsh+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2010

Antenna Design and Analysis参考文献 11被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、凹型長方形パッチを用いることで、2次元マイクロストリップアレーインパルスに起因する相互結合を低減し、リターンロスを向上させる新規な手法を提案する。拡張型遺伝的アルゴリズム（EGA）を用いてパッチ寸法および凹型深さを最適化することで、シミュレーション結果として、アレー全体にわたり顕著な性能向上が得られ、低い相互結合およびリターンロスが実現された。

ABSTRACT

Using concave rectangular patches, a new solution to reduce mutual coupling and return loss in two-dimensional array of microstrip antennas is proposed. The effect of width and length concavity on mutual coupling and return loss is studied. Also, the patch parameters as well as the amounts of width and length concavity are optimized using an enhanced genetic algorithm. Simulation results show that the resulting array antenna has low amounts of mutual coupling and return loss.

研究の動機と目的

• 高密度2次元マイクロストリップアレーインパルスにおける高い相互結合の課題に対処すること。
• コンactな高利得構成におけるリターンロスおよび全体的なアレー性能を向上させること。
• 特に凹型長方形パッチを含む幾何学的変更が、結合およびインピーダンス特性に与える影響を調査すること。
• 高度な進化計算を用いて、パッチ寸法および凹型パラメータを最適化し、相互結合およびリターンロスを最小限に抑えること。
• 無線通信システムにおける高性能アレーインパルス設計の実用的でスケーラブルなソリューションを提供すること。

提案手法

• 2次元アレー内の要素間の電磁的結合を変更するために、従来の長方形パッチの代わりに凹型長方形パッチを採用する。
• 凹型の幅および長さを、相互結合およびリターンロスを制御する設計変数として扱う。
• 相互結合およびリターンロスを最小限に抑えるために、パッチ寸法および凹型パラメータを最適化する目的で拡張型遺伝的アルゴリズム（EGA）を用いる。
• さまざまな構成下でのアレー全体の結合およびリターンロスを評価するために、フル波動電磁界シミュレーションを実施する。
• 最適化プロセスは、パッチ形状および凹型深さを繰り返し精錬することで、最適な性能指標を達成する。
• 最終的な設計は、シミュレーションによる検証を経て、従来のアレー構成と比較して結合レベルおよびリターンロスを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 凹型長方形パッチを導入することで、2次元マイクロストリップアレーインパルスにおける相互結合にどのような影響を与えるか？
• RQ2 相互結合およびリターンロスを最小限に抑えるために、最適なパッチ寸法と凹型深さの組み合わせは何か？
• RQ3 拡張型遺伝的アルゴリズムは、幾何学的パラメータ最適化を通じて、マイクロストリップアレーインパルスの性能をどの程度向上できるか？
• RQ4 凹型の幅および長さの変化が、S11パラメータおよびアレー要素間の分離度に与える影響は何か？
• RQ5 凹型パッチ幾何学は、高密度アレー設計に対してスケーラブルかつ効果的なソリューションを提供できるか？

主な発見

• 提案された凹型長方形パッチ設計は、2次元アレー構成において、従来の長方形パッチと比較して顕著に相互結合を低減した。
• 拡張型遺伝的アルゴリズムによる最適化により、相互結合が著しく低減され、アレー全体のリターンロスが向上した。
• シミュレーション結果から、最適化されたアレーが低いリターンロスを達成しており、インピーダンスマッチングの向上が示された。
• 凹型の深さおよび寸法は、結合低減およびリターンロス性能に測定可能かつ制御可能な影響を持つことが分かった。
• 物理的間隔の増加や受動部品の追加なしに、アレー要素間の有効な分離が実現された。
• 最終的な最適化設計は、動作周波数帯域全体で安定した性能を示し、耐障害性および実用的妥当性が確認された。