Parametric Study of UC-PBG Structure in Terms of Simultaneous AMC and EBG Properties and its Applications in Proximity-coupled Fractal Patch Antenna

در اين مقاله، مطالعه پارامتري ساختار فشرده مسطح واحد (Uniplanar)، با ابعاد متفاوت، مورد بررسي قرار گرفته شده است. ساختار مورد مطالعه در عمل به عنوان يك هادي مغناطيسي مصنوعي (AMC) و باند‌ممنوعه الكترومغناطيسي (EBG) در نظر گرفته شده كه عملكرد آنها به طور معمول توسط فركانس تشديد و پهناي‌باند باندممنوعه مشخص مي‌شود. مدلسازي و تحليل عددي توسط نرم‌افزارهاي CST بر اساس روش تفاضل محدود و HFSS بر اساس روش اجزا محدود انجام شده است. تاثير ابعاد مختلف بر عملكرد AMC و EBG در نتايج مشخص شده است. افزايش در طول و عرض شكاف UC-PBG منجر به كاهش فركانس تشديد و تنزل پهناي‌باند است، در حالي كه موقعيت باند فركانسي افزايش مي‌يابد و پهناي‌باند آنها كاهش خواهد يافت هنگامي كه عرض شاخه افزايش داده شود. علاوه بر اين، يك نمونه اوليه از يك آنتن پچ فراكتال با تغذيه مجاورتي بر روي زيرلايه UC-PBG طراحي و شبيه‌سازي شده است. نتايج محاسبه شده نشان مي‌دهد كه آنتن نصب شده بر روي زيرلايه UC-PBG، با توجه به انعكاس هم‌فاز در فاز ساختار UC-PBG، پهناي‌باند امپدانسي بيش از ?2/9 وسيع‌تر از همان آنتن بر روي يك لايه دي‌الكتريك معمولي با همان خصوصيات مشابه دارد. در مقايسه با آنتن منفرد در فركانس 2/7 گيگاهرتز، لوب پشتي در صفحه E به ميزان 86/7 دسي‌بل و در صفحه H به 68/7 دسي‌بل كاهش داشته است. سطح پلاريزاسيون متعامد در صفحات E و H كمتر از 10- دسي‌بل باقي مانده است

In this paper, a parametric study of conventional Uniplanar Compact Photonic Band Gap (UC-PBG) structures, with different dimensions, is investigated. The studied structure operates as an Artificial Magnetic Conductor (AMC) and Electromagnetic Band Gap (EBG) in which the performances are mainly characterized by the resonant frequency and bandwidth of band gap. Simulation and numerical analysis have been carried out using CST Microwave Studio software, which is based on Finite Difference Time Domain (FDTD), and Ansoft HFSS which is based on Finite Element Method (FEM). Results show that different dimensions affect the AMC’s and EBG’s performances. The increase in the length and width of the UC-PBG slot will result in lower resonant frequencies and bandwidth degradation, while the frequency band position will increase and the bandwidth of band gap will decrease when the branch width are increased. Furthermore, a prototype of a microstrip line proximity-fed to a fractal patch antenna on a UC-PBG substrate is designed and simulated. Computed results show that the antenna mounted on the UC-PBG substrate has over 9.2% wider impedance bandwidth than the same antenna etched on a grounded dielectric slab with the same characteristics, due to in-phase reflection phase of UC-PBG structure. Compared with the reference antenna at 7.2GHz, the back lobe is reduced by 7.86dB in E plane and 7.68dB in H plane. Cross-polarization level remains below -10dB in both E and H planes.