REALIZATION OF A DOUBLE-RIDGE HORN ANTENNA WITH 3D PRINTING AND ALUMINUM COATING STUDY FOR 5G INDOOR APPLICATIONS

Year 2023, Volume: 7 Issue: 3, 499 - 504, 31.12.2023

Ömer Kasar , Utkan Mustafa Durdağ

https://doi.org/10.46519/ij3dptdi.1365999

Abstract

Antennas are among the fundamental components in wireless communication systems. Additive manufacturing allows antennas to go beyond the limitations of traditional production techniques, enabling the easy creation of complex and specialized antenna structures. In this study, a type of Double-Ridged Horn Antenna design and manufacturing technique using additive manufacturing is proposed. After designing the antenna for microwave frequencies, it was fabricated using PLA material with 3D printers and then coated with aluminum foil. The metal structure was connected with a connector to enable the antenna's operation. The proposed Double-Ridged Horn Antenna operates at two separate resonances between 2.38-2.85 GHz and 4.80-5 GHz frequencies. The maximum antenna gain at 2.65 GHz and 4.9 GHz is 1.7 and 1.9 dB, respectively. The half-power beamwidth (HPBW) for these two resonances is 45°. The suggested horn antenna can be used for applications in the 2.45 ISM band and indoor 5G applications below 5 GHz.

Keywords

3D Printing, Double Ridged Horn Antenna, Aluminium Coating, 5G Applications

Project Number

AÇÜ-BAP-2022.F14.02.01

5G İÇ MEKAN UYGULAMALARI İÇİN 3D BASKI VE ALÜMİNYUM KAPLAMA ÇALIŞMASI İLE ÇİFT SIRTLI HORN ANTENİN ÜRETİMİ

Abstract

Antenler, kablosuz haberleşme sistemlerinde en temel bileşenlerden biri olarak yer alırlar. Eklemeli imalat ile üretilen antenler günümüzde geleneksel üretim tekniklerinin sınırlarını aşarak karmaşık ve özel anten yapılarının kolayca oluşturulabilmesini sağlamaktadır. Bu çalışmada eklemeli imalat ile bir çeşit Çift Sırtlı Horn Anten tasarımı ve üretim tekniği önerilmiştir. Anten mikrodalga frekanslarda tasarlandıktan sonra 3 boyutlu yazıcılar kullanarak PLA malzeme ile gerçekleştirilmiş ardından alüminyum folyo kaplanmıştır. Metal yapısı bir konnektörle bağlanarak antenin çalışması sağlanmıştır.
Önerilen Çift Sırtlı Horn Anten 2,38-2,85 GHz ile 4,80-5 GHz frekansları arasında iki ayrı rezonansta çalışmaktadır. 2,65 GHz ve 4,9 GHz’deki maksimum anten kazancı sırasıyla 1,7 ve 1,9 dB olarak gerçekleşmiştir. Bu iki rezonans için yarı güç ışıma genişliği (HPBW) 45°’dir. Önerilen horn anten ile başlıca haberleşme bantları olan 2,45 ISM bandı uygulamaları ile 5 GHz altındaki 5G iç mekan (indoor) uygulamaları yapılabilir.

Keywords

3D Yazıcı, Çift Sırtlı Horn Anten, PLA Filament, 5G Uygulamaları

Ethical Statement

Etik kurul onayına ihtiyaç yoktur. tüm bilimsel sonuçlar etik kurallar çerçevesinde elde edilmiştir. herhangi bir etik ihlali olmadığını beyan ederim. Doç. Dr. Ömer KASAR

Supporting Institution

Artvin Çoruh Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü

Project Number

AÇÜ-BAP-2022.F14.02.01

Thanks

Artvin Çoruh Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü

References

• 1. Callister, W. D., Fundamentals of materials science and engineering (2 ed., Vol. 471660817). Wiley London.
• 2. Kasar, Ö. “Determining The Water Level in Pvc Water Pipes With Micro-Strip Dipole Antennas.” Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi,Vol. 8, Issue 4 ,Pages 1165-1169, 2020.
• 3. Kasar, Ö, Geçin, M, Gözel, MA., 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., Vol. 31, Issue e22644, 2021.
• 4. Balanis, C. A.. Antenna theory, analysis and design (3rd ed.). Wiley, 2005.
• 5. Pozar, D. M.. Microwave Engineering (3rd ed.). Wiley, 2006.
• 6. Kasar, O., Numerıcal and Experımental Analysıs on Real Impedance Matchıng Technıques for Rectangular and Cırcular Shaped Patch Antennas Suleyman Demirel University, Isparta.
• 7. Tayyab, M., Sharawi, M. S., & Al-Sarkhi, A. J. I. S. J. . A radio frequency sensor array for dielectric constant estimation of multiphase oil flow in pipelines. Vol. 17, Issue 18, Pages 5900-5907, 2017.
• 8. Majumdar, B., Baer, D., Chakraborty, S., Esselle, K.P. and Heimlich, M., Advantages and limitations of 3D printing a dual-ridged horn antenna. Microw. Opt. Technol. Lett., Vol.58: Pages 2110-2117, 2016.
• 9. S. Sarjoghian, M. H. Sagor, Y. Alfadhl and X. Chen, "A 3D-Printed High-Dielectric Filled Elliptical Double-Ridged Horn Antenna for Biomedical Monitoring Applications," in IEEE Access, Vol. 7, Pages. 94977-94985, 2019,
• 10. Surmeli, K., and Kizilay, A., Slant polarized wideband double ridged horn antenna with a slant polarizer. Electromagnetics, Vol.41 Issue 3, Pages 196-207, 2021.