A Wideband Microstrip 1 x 2 Array Antenna Fed by Coupler for Beam Steering Terahertz (THz) Band Applications

Abstract

Ширина забороненої зони терагерцового діапазону – це діапазон частот, що лежить між мікрохвильовим діапазоном і оптичним діапазоном, його спектр діапазону починається від 0,1 ТГц до 10 ТГц. Цей діапазон забезпечує нерозподілену широку смугу пропускання, а також дуже високошвидкісний зв’язок у футуристичних програмах. У цій статті представлено широкосмугову мікросмужкову антенну решітку 1 x 2, що живиться від гібридного зв’язувача в терагерцовому діапазоні (близько 2,45 ТГц). Для досягнення цієї широкосмугової антени спочатку розроблено та оптимізовано широкосмуговий гібридний роз’єм 3 дБ. Після цього два основних елемента квадратної форми з прорізами подаються через два вихідних порти з’єднувача. Отримані результати повідомляють, що запропонована антена пропонує ширину смуги – 10 дБ, що дорівнює 846 ГГц (від 1,91 до 2,77 ТГц) з хорошим узгодженням імпедансу, максимальна спрямованість дорівнює 8,86 дБ на робочій частоті 2,45 ТГц. Крім того, він пропонує можливість керувати променем, яку можна отримати шляхом перемикання вхідних портів з’єднувача. Таким чином, антена може створювати два промені під кутом ± 30°. Структура та результати моделювання запропонованої антени були виконані на підкладці Rogers RT/duroid 5880. Загальний розмір запропонованої мікросмужкової антенної решітки становить 110 x 112 x 1,56 мкм3. Завдяки своїй здатності керувати променем і широкосмуговим характеристикам запропонована антена є потенційним кандидатом для застосувань у діапазоні терагерц, таких як характеристика матеріалів у діапазоні ТГц, медичне зображення та майбутній високошвидкісний бездротовий зв’язок.

Terahertz band gap is the range of frequency lying between the microwave band and the optical band, its range spectrum starts from 0.1 THz to 10 THz. This band provides unallocated wide bandwidth as well as very high-speed communication in the futuristic applications. This article presents a broadband microstrip 1 x 2 array antenna powered by hybrid coupler in terahertz band (around 2.45 THz). To reach this Broadband antenna, at first, a wideband 3 dB hybrid coupler is designed and optimized. After that, two basic elements of square shaped with slots are fed by the two output ports of the coupler. The results obtained reports that the suggested antenna offers – 10 dB wide bandwidth equals to 846 GHz (from 1.91 to 2.77 THz) with good impedance matching, maximum directivity equals to 8.86 dBi at the operating frequency 2.45 THz. Additionally, it offers the capability of beam steering which can be obtained by switching of the input ports of the coupler. Thus, the antenna can produce two beams at ±30°. The structure and simulation results of the proposed antenna have been done on Rogers RT/duroid 5880 substrate. The total size of the proposed microstrip array antenna is 110 x 112 x 1.56 µm3. Due to its capability of beam steering and broadband characteristic, the proposed antenna is a potential candidate for Terahertz band applications such as materials characterization in the THz band, medical imaging and future high-speed wireless communication.