Guiado

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 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 flare para que o ganho aumente e o nível do lóbulo lateral (SLL) diminua. Isto é obtido carregando a estrutura com uma nova lente modulada de metal. A expansão do campo na abertura radiante da buzina do plano H SIW gera ondas superficiais reversas em ambas as paredes largas, o que aumenta o lóbulo posterior. Na segunda etapa, essas ondas superficiais retrógradas são recicladas e direcionadas para frente com a ajuda da teoria da holografia. Isso é conseguido adicionando algumas placas dielétricas com padrões holográficos de tiras metálicas em ambas as paredes largas. Com esta etapa, o backlobe é reduzido e o ganho final é aumentado ainda mais. Utilizando a técnica proposta, a estrutura é projetada e fabricada para operar a \(f=30\) GHz o que simultaneamente melhora 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. A antena tipo corneta SIW plano H (introduzida 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 planas (PCBs). Em comparação com antenas de corneta cheias de ar convencionais, a distribuição de campo dentro dos flares das cornetas SIW é consideravelmente distorcida, o que pode diminuir o ganho e degradar as características gerais da radiação. Vários métodos foram apresentados na literatura para melhorar o desempenho de radiação das antenas tipo corneta do plano H SIW. 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. Essa 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 quase dobrou. Um desafio semelhante ocorre na Ref.5,6, onde a buzina do plano H SIW é carregada por uma placa dielétrica perfurada via ar e uma placa dielétrica com remendo de metal retangular, respectivamente.

A segunda categoria contém aquelas técnicas que irão modificar as características geométricas da estrutura na seção de alargamento, principalmente para adequar a distribuição de fases7,8,9,10,11. Por exemplo, na Ref.7, um par de fendas é empregado na metalização superior e inferior do alargamento para reduzir o lóbulo posterior; 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 óptica de transformação conforme é aplicada para eliminar gradualmente o erro de fase dentro do flare para aumentar o ganho de uma corneta do plano H em no máximo 2,4 dBi9. Outro método é aplicar furos pós-metalizados dentro da trompa com cuidado para fazer uma frente de onda em fase na mesma linha transversal10. Também é proposto carregar a seção alargada por meio de um conjunto de pinos metálicos igualmente distribuídos ao longo da linha central das paredes largas para formar uma estrutura de ondas lentas; isso minimiza a diferença de fase entre o centro e as bordas do alargamento, o que, em última análise, melhora o ganho11. Como a geometria apresentada não pode ser facilmente fabricada por técnicas de circuito impresso, o protótipo é incorporado como uma estrutura somente metálica, formando uma buzina de plano H cheia de ar. O meio aéreo para propagação dentro da estrutura de ondas guiadas também é relatado nas Refs.12,13,14, o que aumenta a eficiência e o ganho, mas traz complexidade de fabricação.