A Low Cost 3D Printed Double Ridge Horn Antenna design And Fabrication

Abstract

The positive impacts of additive manufacturing on antenna design will play a significant role in future manufacturing processes. This technology will enable the faster and more efficient production of complex antenna structures compared to traditional manufacturing methods. This study investigates the performance of a dual-ridged horn antenna designed using additive manufacturing. The antenna was designed through electromagnetic simulations, fabricated using PLA material with a 3D printer, and optimized with metallic spray coating. According to the study results, the designed antenna can operate between 2.65 GHz and 5 GHz. It achieves a maximum real gain of -0.65 dB at its center frequency of 3.2 GHz. Additionally, the half-power beamwidth (HPBW) is determined to be 75°. These findings demonstrate the successful applicability of the dual-ridged horn antenna in wireless communication applications. The technology of antenna production using 3D printers will significantly contribute to the production of complex antenna structures. In conclusion, this study underscores the importance of additive manufacturing in antenna design, offering a promising perspective for future wireless communication applications.

Keywords

• 3D Printer
• Horn antenna
• Metal plating

3 Boyutlu Yazıcı ile Üretilen Düşük Maliyetli Çift Sırtlı Horn Anten Tasarımı ve Üretimi

Abstract

Eklemeli imalatın anten tasarımı üzerindeki olumlu etkileri, gelecekteki üretim süreçlerinde önemli bir rol oynayacaktır. Bu teknoloji, geleneksel üretim yöntemlerine göre daha hızlı ve verimli bir şekilde karmaşık anten yapılarının üretilmesini sağlayacaktır. Bu çalışma, eklemeli imalat kullanılarak tasarlanan çift sırtlı horn antenin performansını incelemektedir. Anten, elektromanyetik simülasyonlarla tasarlanmış, PLA malzemesi kullanılarak 3D yazıcı ile üretilmiş ve metalik sprey kaplama ile optimize edilmiştir. Çalışmanın sonuçlarına göre, tasarlanan anten 2.65 GHz ile 5 GHz arasında çalışabilir. Anten, merkez frekansı olan 3.2 GHz’de maksimum-0.65 dB reel kazanca sahiptir. Ayrıca, yarı güç ışıma genişliği (HPBW) 75° olarak belirlenmiştir. Bu sonuçlar, çift sırtlı horn antenin kablosuz iletişim uygulamalarında başarıyla kullanılabileceğini göstermektedir. 3D yazıcılarla anten üretim teknolojisi, karmaşık anten yapılarının daha hızlı ve verimli bir şekilde üretilmesine katkıda bulunacaktır. Sonuç olarak, bu çalışma, eklemeli imalatın anten tasarımı alanındaki önemini vurgulayarak gelecekteki kablosuz iletişim uygulamaları için umut verici bir perspektif sunmaktadır.

Keywords

• 3D Yazıcı
• Horn anten
• Metalik kaplama

References

1. Balanis, C. A. (2005). Antenna Theory, Analysis and Design (third edition.). Wiley. 047166782X.
2. Callister, W. D. (2005). Fundamentals of Materials Science and Engineering , Wiley ,(second edition., Vol. 471660817). London.
3. Genc, A., Basyigit, I. B., Colak, B., & Helhel, S. (2018). Investigation of the characteristics of low-cost and lightweight horn array antennas with novel monolithic waveguide feeding networks. AEU-International Journal of Electronics and Communications, 89, 15-23. https://doi.org/10.1016/j.aeue.2018.03.024.
4. Kasar, Ö. (2020). Determining the water level in pvc water pipes with micro-strip dipole antennas. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 8(4), 1165-1169.
5. Kasar, Ö., Geçin, M., & Gözel, MA. (2021). Design and implementation of a 3D printed rf power transceiver clamp to measure the water level in pvc water pipes. Int J RF Microw Comput Aided Eng., 31:e22644.,https://doi.org/10.1002/mmce.22644.
6. Kasar, Ö. (2015). Dikdörtgen ve Dairesel Yama Antenler Üzerinde Reel Empedans Uyumlandırma Tekniklerinin Nümerik ve Deneysel Yöntemlerle İncelenmesi, Suleyman Demirel Universitesi, Yüksek Lisans Tezi, Isparta.
7. Majumdar, B., Baer, D., Chakraborty, S., Esselle, K.P. and Heimlich, M. (2016), Advantages and limitations of 3D printing a dual-ridged horn antenna. Microw. Opt. Technol. Lett., 58, 2110-2117. https://doi.org/10.1002/mop.30026
8. Oliner, A.A., Jackson, D.R., & Volakis, J. (2007). Antenna Engineering Handbook, McGraw Hill.

9. Pozar, D. M. (1998). Microwave Engineering, Wiley, (second edition.),NY,ABD.
10. Tayyab, M., Sharawi, M. S., & Al-Sarkhi, A. (2017). A radio frequency sensor array for dielectric constant estimation of multiphase oil flow in pipelines. IEEE Sensors Journal, 17(18), 5900-5907.