2xN Filtering microstrip antenna array

This thesis proposes a 2xN filtering microstrip antenna array (FMAA) structure to integrate the band-pass filter response and antenna mechanism. The filtering property of the array is incorporated into the feed structure. A microstrip feed line is coupled to the novel Z-shaped resonators, which constitute the first stage of resonators. The number of resonators is 2xN in total, with N above and below the feed line. Finally, all resonators are coupled to U-shaped patch antennas, which constitute the last resonator and radiator stage. A second-order band-pass filter is thus obtained. As for the broadband gain, a flat response is observed in the passband and two radiation nulls are established because the patches are not excited at the lower and upper edges. It is noteworthy that the array size can be easily increased without changing the feed structure and without impairing the filtering feature. In addition, an equivalent circuit is proposed to simplify the design procedure. Several 2x2, 2x4, and 2x8 FMAA prototypes were designed and fabricated to validate the circuit model and design procedure. The proposed structure not only matches the antenna array theory but also provides band-pass filter responses.

Questa tesi propone una struttura di antenna a microstriscia filtrante 2xN (FMAA) per integrare la risposta del filtro passa-banda e il meccanismo dell’antenna. La proprietà di filtraggio dell’array è incorporata nella struttura di alimentazione. Una linea di alimentazione a microstriscia è accoppiata ai nuovi risonatori a forma di Z, che costituiscono il primo stadio di risonatori. Il numero di risonatori è di 2xN in totale, con N sopra e sotto la linea di alimentazione. Infine, tutti i risonatori sono accoppiati alle antenne patch a forma di U, che costituiscono l’ultimo stadio del risonatore e del radiatore. Si ottiene così un filtro passa-banda del secondo ordine. Per quanto riguarda il guadagno in banda larga, si osserva una risposta piatta nella banda passante e si stabiliscono due nulli di radiazione poiché i patch non sono eccitati ai bordi inferiori e superiori. È da notare che le dimensioni dell’array possono essere facilmente aumentate senza modificare la struttura di alimentazione e senza compromettere la funzione di filtraggio. Inoltre, viene proposto un circuito equivalente per semplificare la procedura di progettazione. Diversi prototipi di FMAA 2x2, 2x4 e 2x8 sono stati progettati e fabbricati per convalidare il modello di circuito e la procedura di progettazione. La struttura proposta non solo corrisponde alla teoria dell’array di antenne, ma fornisce anche le risposte del filtro passa-banda.