摂動法を用いたバイオインスパイアされた無線用広帯域アンテナの開発

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Heliyon.2020 Jul;6(7):e04282. S2405-8440(20)31126-9. doi: 10.1016/j.heliyon.2020.e04282.Epub 2020-07-04.

摂動法を用いたバイオインスパイアされた無線用広帯域アンテナの開発

Bio-inspired wideband antenna for wireless applications based on perturbation technique.

Jeremiah O Abolade
Dominic B O Konditi
Vasant M Dharmadhikary

PMID: 32671246 PMCID: PMC7339065. DOI: 10.1016/j.heliyon.2020.e04282.

抄録

通信技術の進化に伴い、通信機器の小型化がますます求められるようになり、アンテナ構造の小型化・堅牢化が求められています。また、多様な通信要求に対応するためには、広帯域で動作するアンテナシステムが必要とされています。このため、複数の帯域で有効に動作するアンテナは広帯域アンテナと呼ばれています。本研究では、バイオインスパイアードマイクロストリップアンテナ(Bi-MPA)を提案し、シミュレーションを行った。提案したBi-MPAの放射パッチは葉の形をしている。提案するBi-MPAの放射パッチは葉の形をしており、この葉の形を摂動することで構造を実現した。提案アンテナのインピーダンス帯域幅は4.3GHz（1.9GHz-6.2GHz）、戻り損失は10dBであるが、7.2GHz（6.99-7.44GHz）と9.3GHz（9.15-9.35GHz）では狭帯域を示す。提案アンテナの利得は2.60dB～10.22dBであり、放射パターンは準無指向性である。提案したBi-MPAは小型であり、GSM1900、UMTS、WLAN、LTE2300、LTE2600、WiMAX、Cバンド、Xバンド、サブ6GHz帯の第5世代(5G)に適しています。本研究では、基地局アンテナと比較して携帯機器の小型化を図るために、上記のすべての帯域で通信に適した単一のアンテナ構造を提案したことが、科学界に貢献しています。

The evolution of advancement in communication technologies and ever-increasing demand by users for compact communication devices has necessitated a shift in the design approach to achieve antenna structures that are compact and robust. Owing to the diverse communication requirements, antenna systems operating across wide bands have become a necessity. An antenna that is capable of working effectively in several bands is called wideband antenna. In this work, a bio-inspired microstrip antenna (Bi-MPA) for wideband application is proposed and simulated. The radiating patch of the proposed Bi-MPA is the shape of leaf. The structure was realized through the perturbation of the circular shape patch. The proposed antenna has an impedance bandwidth of 4.3 GHz (1.9 GHz-6.2 GHz) at a return loss of 10 dB while it exhibits a narrow band at 7.2 GHz (6.99-7.44 GHz) and 9.3 GHz (9.15-9.35 GHz) bands. The gain of the proposed antenna is between 2.60 dB and 10.22 dB and the radiation pattern is quasi-omnidirectional. The proposed Bi-MPA is compact and suitable for global system for mobile communication (GSM1900), Universal Mobile Telecommunication System (UMTS), Wireless Local Area Network (WLAN), Long Term Evolution (LTE2300 and LTE2600), Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX), C-band, X-band, and sub6 GHz fifth-generation (5G) band. Our contribution to the scientific community in this work is that we have proposed a single antenna structure that is suitable for communication in all the bands mentioned in order to ensure compactness in the mobile devices as compared to base station antennas.