Guiado

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 11234 (2022) Citar este artigo

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Uma técnica híbrida é proposta para manipular a distribuição de campo em uma corneta de plano H de guia de onda integrado ao substrato (SIW) para melhorar suas características de radiação. A técnica compreende duas etapas em cascata para governar as ondas guiadas na estrutura. O primeiro passo é corrigir a fase dos campos e formar uma distribuição quase uniforme na seção de alargamento para que o ganho aumente e o nível do lóbulo lateral (SLL) diminua. Isso é obtido carregando a estrutura com uma nova lente de via metálica modulada. A expansão do campo na abertura radiante do chifre SIW H-plane gera ondas de superfície para trás em ambas as paredes largas, o que aumenta o lóbulo posterior. Na segunda etapa, essas ondas superficiais retrógradas são recicladas e direcionadas para a frente com a ajuda da teoria da holografia. Isso é obtido adicionando um par de lajes dielétricas com padrões holográficos de tiras metálicas em ambas as paredes largas. Com esta etapa, o lóbulo traseiro é reduzido e o ganho de fogo final é aumentado ainda mais. Usando a técnica proposta, a estrutura é projetada e fabricada para operar em \(f=30\) GHz, o que melhora simultaneamente os valores medidos de ganho para 11,65 dBi, SLL do plano H para \(-\,17,94\) dB e relação frente-trás para 17,02 dB.

O guia de ondas integrado ao substrato (SIW) é uma tecnologia que pode ser usada para construir uma variedade de estruturas de ondas guiadas1,2. SIW H-plane horn antena (introduzido pela primeira vez por Li et al.3) atraiu atenção considerável devido às suas propriedades inerentes, incluindo baixo perfil, facilidade de fabricação e compatibilidade com placas de circuito impresso (PCBs) planares. Em comparação com as antenas de corneta convencionais cheias de ar, a distribuição de campo dentro das chamas das cornetas SIW é consideravelmente distorcida, o que pode diminuir o ganho e degradar as características gerais de radiação. Vários métodos têm sido apresentados na literatura para melhorar o desempenho de radiação das antenas tipo corneta SIW H-plane. Esses métodos podem ser divididos em três categorias principais, conforme abaixo.

Na primeira categoria, um componente será colocado na frente da abertura para controlar os campos eletromagnéticos (EM) emanados4,5,6. Esta técnica normalmente aumenta as dimensões da estrutura. Como exemplo, propõe-se a aplicação de lentes dielétricas com geometria elíptica e retangular para obter maior ganho com larguras de feixe estreitas4. No entanto, o tamanho da estrutura é quase o dobro. Um desafio semelhante ocorre na Ref. 5,6, onde o chifre SIW H-plane é carregado por uma laje dielétrica perfurada via ar e uma laje dielétrica com remendo de metal retangular, respectivamente.

A segunda categoria contém aquelas técnicas que modificarão as características geométricas da estrutura na seção de alargamento, principalmente para adequar a distribuição de fase7,8,9,10,11. Por exemplo, na Ref. 7, um par de ranhuras é empregado na metalização superior e inferior do alargamento para reduzir o lóbulo traseiro; a posição dos slots é especificada por uma técnica de tentativa e erro. Um método iterativo também é utilizado na Ref.8, onde um algoritmo genético é aplicado para pixelar ambas as paredes largas da corneta SIW para controlar a distribuição de campo no painel frontal da antena. A ótica de transformação conforme é aplicada para eliminar gradualmente o erro de fase dentro do flare para aumentar o ganho de uma corneta de plano H em no máximo 2,4 dBi9. Outro método é aplicar furos de via metalizados postados dentro da corneta com cuidado para fazer uma frente de onda em fase em uma mesma linha transversal10. Também é proposto carregar a seção de alargamento por um conjunto de pinos metálicos igualmente distribuídos ao longo da linha central de paredes largas para formar uma estrutura de ondas lentas; isso minimiza a diferença de fase entre o centro e as bordas do flare, o que acaba melhorando o ganho11. Como a geometria apresentada não pode ser facilmente fabricada por técnicas de circuito impresso, o protótipo é incorporado como uma estrutura apenas de metal, formando uma corneta de plano H preenchida com ar. O meio de ar para propagação dentro da estrutura de onda guiada também é relatado nas Refs.12,13,14, o que aumenta a eficiência e o ganho, mas traz complexidade de fabricação.