Antenna Array in UWB Security Application

Abstract

The aim of this thesis is to design and implement a microstrip patch Vivaldi (UWB) array antenna with a single feed Wilkinson power divider network at an operating frequency of 5.5 GHz printed on a dielectric substrate ASTRA ® MT77 material which can reduce the security issues at each layer of UWB technology. The initial work of this thesis is to design and analyse the 2×1 and 4×1 Wilkinson power divider network which improved the isolation and matching of the ports. Later, on the designed array feeder network two and four rectangular radiating patches have been mounted in a linear configuration to achieve the required radiation properties. Finally with the help of simulated rectangular patch array antenna along its dimensions the structure has been improved to develop and construct the Vivaldi array antenna to attain the maximum bandwidth and gain in an optimum UWB bandwidth. The antenna array is designed using standard equations and simulated by professional antenna development software called High frequency structural Simulator (HFSS). Among many antenna simulators, HFSS is selected as it allowed the inclusion of anisotropic ferrite material in the simulation process. The prototype array antenna is printed on a chosen dielectric substrate using the PCB plotter. Finally, the simulated reflection response and radiation characteristics of the designed Vivaldi array antenna are validated using experimental results obtained from the Network analyser and the Antenna Transmission & Measurement System respectively. It has been observed that the experimental array antenna exhibited very close radiation response to that of design objective.

Cílem diplomové práce je navrhnout a implementovat mikropáskovou záplatu Vivaldiho (UWB) anténní anténu s jednosložkovou sítí Wilkinson s děličem výkonu při pracovní frekvenci 5,5 GHz vytištěnou na dielektrickém substrátu ASTRA ® MT77, který může snížit bezpečnostní problémy při každé vrstvy technologie UWB. Tato práce se zabývá návrhem a analýzou sítě 2 × 1 a 4 × 1 Wilkinson, která zlepšila izolaci a přizpůsobení portů. Později byly na navržené síťové napájecí síti namontovány dva a čtyři obdélníkové vyzařovací záplaty v lineární konfiguraci pro dosažení požadovaných radiačních vlastností. Nakonec byla pomocí simulované pravoúhlé antény s anténním polem podél jejích rozměrů vylepšena struktura, aby se vyvinula a zkonstruovala anténa Vivaldiho pole pro dosažení maximální šířky pásma a zisku v optimální šířce pásma UWB. Anténní pole je navrženo pomocí standardních rovnic a simulováno profesionálním vývojovým softwarem pro antény nazvaným HFSS (High Frequency Structural Simulator). Mezi mnoha anténními simulátory je vybrán HFSS, protože umožňoval zahrnutí anizotropního feritového materiálu do simulačního procesu. Anténa prototypového pole je vytištěna na zvoleném dielektrickém substrátu pomocí PCB plotru. Nakonec jsou simulovaná odrazová odezva a radiační charakteristiky navržené antény Vivaldiho pole validovány s použitím experimentálních výsledků získaných z analyzátoru sítě a systému pro přenos a měření antény. Bylo pozorováno, že experimentální anténní pole vykazuje velmi úzkou radiační odezvu na konstrukční cíl.