[論文レビュー] Rectangular and Circular Antenna Design on Thick Substrate

Harsh Kumar, Shweta Srivastava|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2010

Antenna Design and Analysis参考文献 5被引用数 6

ひとこと要約

本論文では、39 GHzで厚い基板上に矩形および円形パッチアンテナの設計とシミュレーションを、SONNETソフトウェアを用いて実施している。円形パッチアンテナに対しては、新規の解析的手法を導入し、理論的予測とシミュレーション結果の間に強い一致を示した。これは、ミリ波応用への実現可能性を示している。

ABSTRACT

Millimeter wave technology being an emerging area is still very undeveloped. A substantial research needs to be done in this area as its applications are numerous. In the present endeavor, a rectangular patch antenna is designed on thick substrate and simulated using SONNET software, also a novel analysis technique is developed for circular patch antenna for millimeter wave frequency. The antenna is designed at 39 GHz on thick substrate and has been analyzed and simulated.The results of the theoretical analysis are in good agreement with the simulated results.

研究の動機と目的

• ミリ波周波数で動作する円形パッチアンテナのための新規の解析的手法を開発すること。
• 39 GHzで厚い基板上に矩形パッチアンテナを設計・シミュレーションし、帯域幅と利得を向上させること。
• SONNETソフトウェアを用いて理論的モデルをシミュレーション結果と照合すること。
• 高周波数アンテナ応用における性能向上に寄与する厚い基板の有効性を検討すること。
• 実用的な設計と解析を通じて、未発展であるミリ波アンテナ技術分野に貢献すること。

提案手法

• 中心周波数39 GHzで、厚い基板上に矩形パッチアンテナを設計し、SONNETソフトウェアを用いてシミュレーションした。
• ミリ波動作を想定した円形パッチアンテナのモデリングのため、新規の解析的手法を開発した。
• 電磁界方程式とモード解析を用いて、円形パッチアンテナの理論的解析を実施した。
• 放射パターン、利得、リターンロスの評価を目的に、両アンテナタイプのシミュレーションを実施した。
• 理論的結果とシミュレーション結果を照合し、正確性と一貫性を検証した。
• インピーダンス帯域幅と放射効率に及ぼす基板厚さの影響に焦点を当てた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 基板厚さは39 GHzにおける矩形および円形パッチアンテナの性能にどのように影響するか？
• RQ2 新規の解析モデルは、ミリ波周波数帯における円形パッチアンテナの挙動を正確に予測できるか？
• RQ3 両アンテナタイプについて、理論的予測とシミュレーション結果との一致度はどの程度か？
• RQ4 39 GHzにおける厚基板パッチアンテナの主な放射特性およびインピーダンス特性は何か？
• RQ5 理論的モデリングは、高周波数アンテナ設計における広範なシミュレーションの必要性をどの程度低減できるか？

主な発見

• 円形パッチアンテナの理論的解析は、SONNETソフトウェアのシミュレーション結果と強い一致を示した。
• 矩形パッチアンテナは、厚い基板上での最適化により、39 GHzで安定した性能を示した。
• 円形パッチアンテナに用いられた新規の解析手法は、共振周波数およびモード挙動の予測に有効であった。
• シミュレーション結果は、両アンテナタイプが39 GHzで許容可能な利得と直接性を示したことを確認した。
• 本研究は、厚い基板が高周波数動作を支持し、望ましい放射特性を発揮できることを示した。
• 理論的結果とシミュレーション結果の整合性は、今後のミリ波アンテナ設計における提案手法の有効性を裏付けた。