تماس و مشورت با مدرس دوره : 09153516772

چکیده:

این پژوهش به مطالعه آنتن های میکرواستریپ تغییرپذیر اختصاص دارد. پس از مروری بر کارهای قبل، ساختار هایی طراحی، شبیه سازی و بررسی می شوند. دو ساختار فشرده نهایی با قطبش دایروی به عنوان نتایج این پژوهش ارائه خواهند شد. این آنتن ها امکان تغییرپذیری را هم در فرکانس و هم در قطبش فراهم می کنند. یعنی با ایجاد تغییر کوچکی در ساختار فیزیکی آنتن ها، فرکانس تشدید و نوع قطبش تغییر می کند. در طراحی این آنتن ها، جنبه های فشرده سازی و افزایش پهنای باند آنتن های میکرواستریپ مورد نظر بوده است. این ساختارها از آنتن میکرواستریپ مربعی که برای داشتن قطبش دایروی، گوشه های آن بریده شده اند و شکاف هایی روی قطرهای پچ دارند، حاصل شده اند. در ساختار اول با استفاده از افزودن شکاف هایی بر روی آنتن، سعی در کوچک سازی آن شده است. تغییر فرکانس تشدید از طریق تغییر طول شکاف ها حاصل می شود و با جابجایی محل تغذیه بین محورهای x و y، قطبش بین دایروی راستگرد و چپگرد تغییر می کند. این آنتن در دو فرکانس ۱۹۲۰ و ۲۱۶۰ مگاهرتز به ترتیب با پهنای باندهای ۱٫۶۱% و ۱٫۹۱% تشدید می کند. ابعاد آنتن نسبت به ساختار مرجع خود ۱۳% و نسبت به ساختار بدون شکافی که در همین محدوده فرکانسی تشدید می کند، ۳۱% کاهش یافته است. در ساختار دوم برای افزایش پهنای باند آنتن ها از قرار دادن DGS در صفحه زمین استفاده می شود. ساختار حاصل در فرکانس های ۱۸۶۰ و ۲۱۴۵ مگاهرتز با پهنای باندهای ۲% و ۲٫۵% تشدید می کند. در این ساختار علاوه بر اینکه پهنای باند بهبود یافته است، فشرده سازی ۱۷% نسبت به مرجع و ۳۴% نسبت به آنتن بدون شکاف با همین محدوده فرکانسی حاصل شده است. نهایتا نمونه هایی از این آنتن ها ساخته می شود. خواهیم دید که در ساختارهای ارائه شده، نتایج حاصل از اندازه گیری و شبیه سازی با تقریب خوبی مطابقت دارند. در کل انعطاف پذیری این آنتن ها برای رسیدن به انتخاب فرکانسی و قطبش، کاربردهای مختلفی در مخابرات و الکترونیک را نتیجه میدهد.

فهرست:

فصل ۱- مقدمه ۱
۱-۱- کلیات ۱
۱-۲- ساختار پایان نامه ۳
فصل ۲- مروری بر آنتن های میکرواستریپ ۶
۲-۱- روش‌های تغذیه ۸
۲-۱-۱- تغذیه با خطوط میکرواستریپ ۸
۲-۱-۲- تغذیه با پروب کواکسیال ۸
۲-۱-۳- تزویج مجاورتی ۹
۲-۱-۴- تزویج روزنه ای ۹
۲-۲- آنتن های میکرواستریپ کوچک شده ۱۰
۲-۳- روش های افزایش پهنای باند آنتن های میکرواستریپ ۱۴
۲-۴- قطبش دایروی ۱۷
۲-۴-۱- آنتن با شکاف U شکل ۲۴
۲-۴-۲- آنتن میکرواستریپ حلقه ای ۲۵
۲-۴-۳- به دست آوردن قطبش دایروی با استفاده از دو پورت تغذیه ۲۶
۲-۵- جمع بندی ۲۷
فصل ۳- آنتن های تغییرپذیر ۲۸
۳-۱- آنتن های با فرکانس تغییرپذیر ۳۰
۳-۱-۱- آنتن طراحی شده با شبکه سیمی ۳۰
۳-۱-۲- آنتن با شکاف S 31
3-1-3- ساختار دو بانده حاصل از بار شدن یک خازن ۳۳
۳-۱-۴- آنتن شکاف شش گوشه دارای بازوهای تغییرپذیر ۳۴
۳-۱-۵- حلقه چهارگوش تغییرپذیر ۳۶
۳-۱-۶- آنتن میکرواستریپ دولایه ۳۷
۳-۲- آنتن های با پترن تغییرپذیر ۳۸
۳-۲-۱- شبکه سیمی با پترن تغییرپذیر ۳۸
۳-۳- آنتن های با قطبش تغییرپذیر ۴۰
۳-۳-۱- آنتن شکاف متقاطع ۴۰
۳-۳-۲- آنتن میکرواستریپ دایره ای با شکاف متقاطع ۴۱
۳-۳-۳- آنتن میکرواستریپ تغییرپذیر با دو شیار ۴۲
۳-۳-۴- آنتن پچ مربعی با شکاف های افقی و عمودی ۴۳
۳-۴- آنتن های با چند پارامتر تغییرپذیر ۴۴
۳-۴-۱- آنتن شکاف حلقه ای تغییرپذیر ( فرکانس و پترن تغییرپذیر ) ۴۴
۳-۴-۲- آنتن تک تغذیه دایره ای ( قطبش و فرکانس تغییرپذیر ) ۴۶
۳-۴-۳- آنتن میکرواستریپ با شکاف قابل سوئیچ (فرکانس و قطبش تغییرپذیر ) ۴۷
۳-۴-۴- آنتن با شکاف U شکل ( فرکانس و قطبش تغییرپذیر ) ۴۷
۳-۵- نمونه هایی از کاربرد آنتن های تغییرپذیر ۴۸
۳-۵-۱- آنتن تغییرپذیر در کامپیوترهای لپ تاپ ۴۸
۳-۵-۲- آنتن تغییرپذیر در سیستم های بی سیم ۵۰
۳-۶- جمع بندی ۵۱
فصل ۴- ساختار های پیشنهادی ۵۲
۴-۱- معرفی ساختار آنتن پایه ۵۳
۴-۲- شبیه سازی با نرم افزار HFSS 55
4-3- شبیه سازی با زیرلایه جدید ۵۹
۴-۴- اضافه کردن شیار ها به ساختار ۶۴
۴-۵- اضافه کردن شکاف متقاطع ۷۲
۴-۶- تغییر قطبش در آنتن ۷۹
۴-۷- افزایش پهنای باند آنتن دوبانده ۸۳
۴-۸- جمع بندی ۸۸
فصل ۵- پیاده سازی و بررسی نتایج ۸۹
۵-۱- فراهم نمودن تغییر باند فرکانسی ۹۰
۵-۲- ساخت آنتن های طراحی شده ۹۱
۵-۳- جمع بندی ۹۲
فصل ۶- جمع بندی و پیشنهاداتی برای آینده ۹۷
۶-۱- جمع‌بندی ۹۷
۶-۲- پیشنهاداتی برای آینده ۹۹
منابع ۱۰۱
پیوست ۱۰۱۵

مقدمه

آنتن های تغییر پذیر از مباحث نوین در زمینه طراحی آنتن می باشد. جذابیت این آنتن ها نسبت به آنتن های تجاری دیگر از آنروست که درجه بالایی از تغییر پذیری را در عملکرد و مشخصات خود نشان می دهند.

این آنتن ها قادرند تا باند فرکانسی یا الگوی تشعشعی یا قطبش خود را بنا به نیاز کاربر تغییر دهند. استفاده از تنها یک آنتن تغییرپذیر به جای چندین آنتن برای ارسال و دریافت سرویس های مختلف در کاهش حجم و وزن سیستم های مخابراتی بسیار حائز اهمیت است.

در اغلب سیستم های مخابراتی و رادار چندین آنتن با کارکردهای متفاوت مورد نیاز است. این آنتن ها سبب افزایش وزن و هزینه سیستم می شوند. به علاوه تداخل الکترومغناطیسی بین آنها وجود خواهد داشت که به طور جدی روی عملکرد اثر خواهد گذاشت.

استفاده از حداقل تعداد آنتن ها برای رسیدن به کارآیی مورد نظر سبب کاهش وزن، هزینه و سطح مقطع راداری شده و بازده تطابق الکترومغناطیسی مناسب را ایجاد می کند .

مفهوم آنتن تغییر پذیربا این هدف و برای رسیدن به حالت های مختلف و داشتن کارکردهای متفاوت به میان آمد. این آنتن ها نوع جدیدی از آنتن ها هستند که بر خلاف آنتن کلاسیک که دارای شکل و قابلیت ثابتی است، می توانند یک سیستم متغیر با زمان باشند. پیشرفت های اخیر صنعت مایکروویو و RFدر زمینه طراحی و ساخت سوئیچ های فشرده و با قابلیت بالا، امکان پیاده سازی این آنتن ها را به نحو بهتر فراهم کرده است .
می توان گفت که آنتن های تغییر پذیر دارای دسته ای از عنصر های تغییرپذیر هستند، که از طریق یک عنصر متغیر مانند سوئیچ کنترل می شوند .این قابلیت تغییر الکترونیکی معمولا با
استفاده از عنصر هایی مثل سوئیچ، خازن های متغیر و شیفت دهنده های فاز، تغذیه چندپورته یا مواد فریت در ساختار آنتن حاصل می شود

 به این ترتیب با توجه به اهمیت و کاربردهایی که برای آنتن های تغییرپذیر شناختیم، این پژوهش را به این نوع آنتن ها اختصاص می دهیم. از بین آنتن های تغییرپذیر، آنتن های میکرواستریپ به خاطر مزایایی که در مقایسه با آنتن های معمولی دارند بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. از جمله مزایای این آنتن ها وزن سبک، حجم کم، تولید آسان بدلیل تکنولوژی مدار چاپی و قیمت تمام شده ارزان می باشد.

این آنتن ها به آسانی با مدارات مجتمع مایکروویوی ادغام می شوند و شبکه تغذیه و تطبیق در ساختار یکپارچه ای با آنتن قرار می گیرند. استفاده از آنتن های مایکرواستریپی به عنوان
آنتن های ایستگاه پایه می تواند علاوه بر تامین مشخصات و استانداردهای لازم در کاهش فضای اشغالی و هزینه تولید مؤثر باشد. به این ترتیب مطالعات و بررسی های خود را در زمینه آنتن های میکرواستریپ تغییر پذیر محدود می کنیم.

گروه زیادی از استانداردهای مختلف در تلفن همراه و بقیه دستگاه های فرستنده گیرنده شخصی به آنتن های چندبانده و آنتن های هوشمند با ویژگی های تغییر پذیر نیاز دارند. آنتن های دوبانده در بسیاری از کاربردهای مخابرات بی سیم به کار میروند، که در دو باند فرکانسی مختلف برای دریافت و ارسال سیگنال کار میکنند. ضمنا نیاز به ظرفیت بالاتر در سیستم های مخابرات بی سیم، منجر به گسترش آنتن های با قطبش دو تایی شده است.
ما در این پژوهش ابتدا به مطالعه ساختارهای متنوعی از آنتن های میکرواستریپ تغییرپذیر می پردازیم. سپس سعی داریم ساختار آنتنی ارائه کنیم که در دو باند فرکانسی تشدید داشته باشد.
همچنین بتواند با دو قطبش متفاوت تشعشع کند. یعنی خاصیت تغییرپذیری را هم در قطبش و هم در فرکانس فراهم می کند. در طراحی این آنتن جنبه های فشرده سازی و افزایش پهنای باند، از اهمیت خاصی برخوردار خواهد بود
.

جمع بندی

هدف از این پژوهش، ارائه ساختارهایی با قابلیت تغییرپذیری بود. چنان که گفتیم کار خود را به ساختارهای میکرواستریپ تغییرپذیر محدود کردیم. به این ترتیب با مطالعه آنتن های میکرواستریپ آغاز کردیم. در این مطالعه، روش های مختلف تغذیه، مسئله کوچک سازی و روش های متداول آن و همچنین روش های افزایش پهنای باند آنتن های میکرواستریپ بررسی شد. علاوه بر آن به قطبش های مختلف آنتن و به طور خاص تر، قطبش دایروی پرداخته شد و ساختارهای متنوعی از آنتن های با قطبش دایروی مطالعه شدند.

سپس به ساختارهای تغییرپذیر رسیدیم. پس از عنوان تاریخچه و لزوم استفاده از این آنتن ها در سیستم های مخابراتی، انواع آنتن های تغییرپذیر را در قالب گروه هایی بررسی کردیم. ساختارهای گوناگونی با پارامترهای تغییرپذیر مختلف از قبیل فرکانس، قطبش و پترن تشعشعی مطالعه شدند. نحوه ایجاد خاصیت تغییرپذیری این آنتن ها نیز بیان شد. در ادامه سعی در ارائه ساختارهای جدید تغییرپذیر با ویژگی های تشعشعی مطلوب داشتیم. در این ساختارها، قابلیت تغییرپذیری را هم در تغییر فرکانس و هم در تغییر قطبش فراهم کردیم.

راه حل های برای فشرده سازی و افزایش پهنای باند این آنتن ها نیز به کار برده شد. در نهایت دو ساختار به عنوان نتیجه کار ارائه شدند. چنان که دیدیم این ساختارها از آنتن میکرواستریپ مربعی که برای داشتن قطبش دایروی، گوشه های آن بریده شده اند و شکاف هایی روی قطرهای پچ دارند، حاصل شدند. در ساختار اول با استفاده از افزودن شکاف هایی بر روی آنتن، سعی در کوچک سازی آن شد.

تغییر فرکانس تشدید از طریق تغییر طول شکاف ها حاصل می شد و با جابجایی محل تغذیه بین محورهای xو ،yقطبش بین دایروی راستگرد و چپگرد تغییر می کرد. این آنتن در دو فرکانس ۱۹۲۰و ۲۱۶۰مگاهرتز به ترتیب با پهنای باندهای ۱٫۶۱و % %۱٫۹۱تشدید می کردو ابعاد این آنتن نسبت به ساختار مرجع خود ۱۳و % نسبت به ساختار بدون شکافی که در همین محدوده فرکانسی تشدید می کند، %۳۱کاهش داشته است.
در ساختار دوم برای افزایش پهنای باند آنتن ها از قرار دادن
DGSدر صفحه زمین استفاده ش . د ساختار حاصل در فرکانس های ۱۸۶۰و ۲۱۴۵مگاهرتز با پهنای باندهای ۲و % %۲٫۵تشدید می کرد.در این ساختار علاوه بر اینکه پهنای باند بهبود یافت، فشرده سازی %۱۷نسبت به مرجع و %۳۴ نسبت به آنتن بدون شکاف با همین محدوده فرکانسی حاصل شد.


نهایتا نمونه هایی از این آنتن ها ساخته می شود. دیدیم که نتایج حاصل از اندازه گیری آنتن های ساخته شده و شبیه سازی ها با تقریب خوبی مطابقت داشتند

————————————————————————————————————————————–

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

رایگان – خرید

————————————————————————————————————————————–