Dalam tempoh tiga dekad yang lalu terdapat banyak penyelidikan telah didedikasikan untuk penyalun dielektrik (PD) homogen (ketelusan tunggal) dengan bentuk silinder, persegi/segi empat tepat dan bentuk hemisfera menjadi pusat tumpuan. PD ini telah disiasat secara teori, secara ilmiah dan uji kaji oleh itu, semua prestasi utama parameter pengawal untuk PD homogen adalah diketahui. Telah amat diketahui bahawa PD homogen boleh melakukan hanya satu tujuan pada satu masa iaitu gandingan kuat kepada punca dan oleh itu lebar jalur galangan adalah sempit dan sebaliknya. Untuk mengatasi kelemahan PD homogen, dalam kerja ini PD tak homogen direka bentuk dalam apa-apa cara bahawa geometri asas penyalun dikekalkan supaya alat penganalisis teori, berangka dan eksperimen yang ada boleh digunakan secara berkesan untuk PD tak homogen yang dicadangkan. Penyalun tak homogen ini diperkenalkan secara sistematik ke arah azimuth (φ) supaya taburan medan elektromagnet dalam penyalun tetap sama dengan pelbagai kurungan yang berlainan tenaga. Untuk mengesahkan idea-idea ini tiga penyalun yang berbeza berdasarkan penyalun dielektrik silinder (PDS) dan penyalun bentuk persegi/segi empat tepat disiasat. Untuk PDS dua sektor 90ᴼ berbentuk pai tak homogen dengan ketelusan yang tinggi diperkenalkan pada arah-φ dengan cara sektor yang mempunyai ketelusan sama diletakkan dalam kuadran yang bertentangan. Begitu juga, satu lagi PD tak homogen (bentuk bujur-berpecah) direka bentuk dengan memasukkan jalur segi empat tepat ketelusan tinggi di tengah-tengah dua PD separuh silinder arah φ. Akhir sekali, reka bentuk ketiga kajian ini adalah berdasarkan kepada PD berbentuk persegi di mana ketelusan diturunkan dengan memperkenalkan jurang udara dalam penyalun yang kelihatan seperti PD persegi bersarang. PD tak homogen yang dicadangkan diuji untuk aplikasi antena jalur lebar polarisasi linear (PL) dengan teknik pengujaan biasa iaitu garis mikrostrip. Manakala, untuk reka bentuk polarisasi bulat (PB), adalah penting untuk mengujakan dua mod ortogon dengan amplitud yang sama dengan itu teknik penyuapan yang berbeza digunakan. Analisis teori, berangka dan eksperimen antena penyalun dielektrik (APD) tak homogen menunjukkan bahawa dengan mereka bentuk dengan betul penyalun tak homogen, sambutan lebarjalur galangan, nisbah paksi (NP) lebarjalur, gandaan dan kecekapan APD boleh ditambahbaik. Bagi ketiga-tiga APD tak homogen PL ini lebihkurang 56% lebarjalur galangan telah dicapai yang menunjukkan peningkatan 80.5% daripada lebar jalur PD homogen dengan ciri-ciri sinaran stabil sepanjang jalur operasi. Sambutan NP lebarjalur PB tak homogen APD telah direkodkan menjadi 200% lebih daripada homogen. Untuk APD tak homogen yang pertama dan kedua gandaan telah meningkat sehingga 6.5 dBi manakala bagi PD persegi bersarang gandaan kekal hampir sama dengan PD persegi homogen. Dengan merujuk kepada penemuan ini didapati bahawa prestasi APD secara jelas bertambah baik dengan pengenalan sistematik ketakhomogenan dalam PD.
__________________________________________________________________________________
In the last three decades a huge amount research has been dedicated to homogeneous (single permittivity) dielectric resonators (DRs) with cylindrical, rectangular/square and hemispherical shapes being the center of attention. These DRs have been investigated theoretically, numerically, and experimentally therefore, all the major performance controlling parameters are known for the homogeneous DRs. It well known that a homogenous DR can serve only one purpose at a time i.e. strong coupling to the source and hence narrow impedance bandwidth and vice versa. To overcome these drawbacks of homogenous DRs, in this work inhomogeneous DRs are designed in such a way that the basic geometry of the resonator is maintained so that the available theoretical, numerical and experimental analysis tools can be effectively applied to the proposed inhomogeneous DRs. The inhomogeneities in the resonators are introduced systematically in the azimuth (ϕ) direction so that the electromagnetic field distribution in the resonators remains the same with different range of energy confinement. To validate these ideas three different resonators based on cylindrical dielectric resonator (CDR) and rectangular/square shape resonators are investigated. For inhomogeneous CDR two 90ᴼ pie shape sectors of relatively high permittivity were introduced in the ϕ-direction in a way that sectors with same permittivity are placed in the opposite quadrant. Similarly, another inhomogeneous DR (split-oval shape) was designed by inserting high permittivity rectangular strip in the middle of two half cylindrical DR in the ϕ direction. Lastly, the third design of
this research is based on a square shape DR in which the permittivity is lowered by introducing air-gap within the resonator which appears like a nested square DR. The proposed inhomogeneous DRs are tested for linearly polarized (LP) wideband antenna applications with a common excitation technique i.e. microstrip line. While, for circularly polarized (CP) designs, it is important to excite two orthogonal modes with the same amplitude hence different feeding techniques are used. Theoretical, numerical and experimental analysis of the inhomogeneous dielectric resonator antennas (DRA) showed that by properly designing inhomogeneous resonators, impedance bandwidth response, axial ratio (AR) bandwidth, gain and efficiency of the DRA‘s can be improved. For all three inhomogeneous LP DRA‘s approximately 56% impedance bandwidth was achieved which shows 80.5% enhancement of bandwidth over homogeneous DRAs with stable radiation characteristics throughout the operating band. The AR bandwidth response of the CP inhomogeneous DRA‘s was recorded to be 200% more than that of homogeneous counterparts. For the first two inhomogeneous DRAs gain was improved up to 6.5 dBi while for the nested square DR gain remained almost the same as that of the homogeneous square DR. With reference to these findings it was found that performance of the DRA can be noticeably improved with systematic introduction of inhomogeneity in the DR.
Study of inhomogeneous dielectric resonators for linearlycircularly polarized microwave antenna applications_Ubaid Ullah_E3_2016_MYMY_875008583