پایان نامه ارشد برق مطالعه آنتن های تک قطبی مسطح و طراحی و ساخت نمونه جدید

اختصاصی از حامی فایل پایان نامه ارشد برق مطالعه آنتن های تک قطبی مسطح و طراحی و ساخت نمونه جدید دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

چکیده

در کاربردهای عملی آنتن UWB به عنوان فیلترهایی برای حذف کردن هر تداخلی در تکنولوژی شبکه بی سیم در خارج از باند 5/1 تا 5/8 گیگا هرتز به کار می رود. چندین آنتن تک قطبی چاپی با اشکال مختلف، به صورت فرم های دوگانه و ساد به کار برده شده اند. این آنتن ها دارای پهنای باند قابل کنترل، خواص تشعشعی خوب و شکل ساده و نیز به راحتی قابل ساخت هستند. همچنین این آنتن ها بر روی زیر لایه FR4 با ابعاد 0/8*26*mm326 بوده که دارای باند فرکانسی مابین 2/5 و 15 گیگاهرتز با VSWR

آنتن پیشنهادی برای کاربرد WLAN/WiMAX در اندازه کوچک که دارای پهنای باند تطبیق امپدانسی خوب و دارای الگوهای تشعشعی شبیه آنتن های دیپل هستند. پهنای باند 2/4 تا 2/5 گیگاهرتز و 4/9 تا 5/85 برای کاربرد WLAN و باندهای 2/3 تا 2/7 گیگاهرتز و 3/5 تا 3/8 گیگاهرتز برای کاربرد WiMAX پوشش می دهند. نتایج شبیه سازی و تجربی آنتن نمونه ارائه شده است.

مقدمه

امروزه شاهد سرعت توسعه ارتباطات بی سیم با پهنای باند بزرگ که مورد نیاز بوده، طوری که کاربردهای مختلفی با یک آنتن پوشش داده می شود. یک آنتن که دارای پهنای باندی در رنج فرکانسی وسیعی از 800MHz تا 11GHz و یا حتی بیشتر از آن، که شامل سیستم های ارتباطی بی سیم نظیر 800 AMPC و 900 GSM و 1800 GSM و 1900 PCS و WCPMA/UMTS و UNII و DECT و ISM و WLANS و UWB (از 3/1GHz تا 10/6GHz). علاوه بر سیستم های بی سیم اشاره شده در بالا، تکنولوژی بی سیم UWB اغلب برای بسیاری از کاربردهایی که سرعت اطلاعات بالا دارند و سیستم های ارتباطی بی سیم رنج کوچک، کد گذاری برای امنیت و به صورت قابل حمل رد کردن اثر چند مسیره، سیستم های رادار پیشرفته و… کاربرد دارند.

این تکنولوژی پهنای باند وسیعی به اندازه 7/5GHz که از 3/1GHz تا 10/6GHz است را به کار می برد. چشم انداز آینده فناوری بی سیم ایجاد یک بستر مشترک ارتباطی است که خدمات سه گانه صوتی، تصویری و دیتا را به صورت یکجا ارائه می دهد. در این فناوری از امواج الکترومغناطیسی با طول موج های بسیار کوچک در حد چند میلیمتر تا چند سانتیمتر استفاده می گردد. از بخش های عمده این فناوری به کار بردن آنتن مناسب در دوسوی فرستنده و گیرنده است به نحو مطلوبی که بتواند نیازهای بی سیم را فراهم نماید. آنتن هایی که برای هریک از فناوری های مذکور طراحی می شود باید پهنای باند امپدانسی تعیین شده را پوشش دهند و در عین حال در کل پهنای باند امپدانسی مزبور پترن تشعشعی و گین ثابت و مناسب داشته و حداقل تأخیر زمانی را به سیگنال ورودی اعمال کنند. سیستم های مخابراتی عموما به دو دسته آنتن های ایستگاه پایه و آنتن های قابل حمل نیاز دارند. از جمله آنتن های ایستگاه پایه می توان به آنتن های TEM horn و Vivaldi اشاره کرد. در مقابل، می توان گفت که موفقیت روزافزون شبکه های بی سیم مدیون آنتن های قابل حمل در ابعاد کوچک بوده که عملکرد مطلوبی داشته و به راحتی با سایر اجزای مدارات MMIC مجتمع می شوند.

یکی از انواع آنتن های قابل حمل، آنتن های تک قطبی چاپی و صفحه ای عمودی که کاندیدای خوبی برای کاربرد در تکنولوژی بی سیم UWB به دلیل پهنای امپدانسی وسیع و پترن تشعشعی همه جهته و پارامترهای طراحی زیاد، می باشند. از سال 1973 تا به امروز ساختارهای مختلفی از انواع آنتن های تک قطبی معرفی و تحلیل شده اند. در عین حال ساختار سه بعدی آنتن های تک قطبی عمودی و صفحه زمین بزرگ آنها که باعث حذف نصف پترن تشعشعی این آنتن هاست، باعث عدم انتخاب این آنتن ها برای استفاده در شبکه های بی سیم شده است. از سوی دیگر، آنتن های تک قطبی چاپی را می توان به همراه سایر قطعات مدارات RF روی یک زیرلایه مشترک به کار برد. البته قابل ذکر است که آنتن های تک قطبی چاپی (PMAs) دقیقا صفحه ای و دارای الگوهای تشعشعی که مشابه آنتن دیپل است می باشند.

این آنتن ها اغلب بر روی زیرلایه RF4 با قیمت ساخت پایین و تانژانت تلفاتی مناسب قرار گرفته، صفحه زمین نیز از زیرالمان تشعشع کننده حذف می شود و با این کار فاکتور کیفیت در رزوناتور کاهش یافته و پهنای امپدانسی بالا در VSWR

مسأله دیگر امکان همپوشانی امواج تشعشعی آنتن های تک قطبی UWB با سایر دستگاه های RF بی سیم است که در باندهای فرکانسی مختلف کار می کنند. لذا نیاز به فیلترهایی با باندهای قطع بسیار باریک و تیز هستیم که با این آنتم ها ترکیب شوند و از همپوشانی های ناخواسته جلوگیری شود.

هدف از این پایان نامه در حالت کلی، مطالعه و بررسی آنتن های تک قطبی بیضوی است. این مطالعه شامل قسمت های مختلفی است که در فصل های جداگانه آورده شده اند. در فصل اول مروری بر تاریخچه و انواع آنتن های UWB صورت می گیرد. در فصل دوم، روش عمومی برای تحلیل و طراحی آنتن های تک قطبی چاپی آمده است و مطالعه سیستماتیک روی ساختار یک آنتن تک قطبی بیضوی برای تفسیر نحوه عملکرد پارامترهای مختلف این ساختار، صورت گرفته است. در ادامه این فصل سایر روش های طراحی و بهبود عملکرد آنتن های تک قطبی بیضوی که در مجلات معتبر علمی به چاپ رسیده، مورد بررسی قرار گرفته اند. هدف از این بخش مطالعه تکنیک های مختلفی است که تاکنون برای بهبود عملکرد آنتن اولیه اعم از بهبود پهنای باند امپدانسی، تطبیق امپدانسی، گین، پترن و سایر مشخصات آنتن معرفی شده و با استفاده از روش های تحلیلی، نرم افزاری و یا تجربی به اثبات رسیده اند. در فصل سوم به بررسی تکنیک های مختلف مطرح شده در منابع علمی معتبر، جهت حذف سیگنال های متداخل در باند فرکانسی UWB می پردازیم. و در نهایت در فصل چهارم، یک ساختار تک قطبی شبه بیضوی جدید معرفی شده اند که در آنها از تکنیک های نو برای بهبود عملکرد آنتن اولیه استفاده شده است. این ساختارها با استفاده از نرم افزار HFSS تحلیل شده و جواب های حاصل با نتایج به دست آمده از تست عملی با دستگاه تحلیل گر شبکه Agilent8722es مقایسه گردیده اند که برای استفاده در شبکه WLAN/WMAN براساس تکنولوژی Wi-Fi/WiMAX طراحی شده اند.

تعداد صفحه : 112

فهرست اشکال................................................................................................................................................... ط
فهرست جداول ................................................................................................................................................ س
فهرست علائم اختصاری.................................................................................................................................... ع
چکیده................................................................................................................................................................... 1
مقدمه..................................................................................................................................................................... 2
UWB فصل اول تکنولوژی مخابرات بیسیم،تاریخچه و روند پیشرفت آنتنهای
1 مقدمه........................................................................................................................................................... 5 -1
1 2 انواع شبکههای بیسیم ........................................................................................................................... 5
3 انواع تکنولوژی در شبکه های بی سیم ........................................................................................ 6 -1
8 .......................................................................... UWB 1 4 بررسی کارایی و مشخصات انواع آنتن های
1 4 1 آنتنهای دومخروطی و مخروطی ..................................................................................................... 8
1 4 2 آنتنهای مستقل از فرکانس............................................................................................................ 10
1 4 3 آنتنهای موج نشتی .......................................................................................................................... 10
1 3 4 آنتنهای تک قطبی صفحهای......................................................................................................... 11
1 3 5 آنتنهای ترکیبی با رزوناتور دی الکتریک.................................................................................... 11
1 5 جمع بندی.............................................................................................................................................. 13
فصل دوم بررسی عملکرد و روشهای طراحی آنتنهای تک قطبی چاپی
2 1مقدمه ....................................................................................................................................................... 15
2 2 روشهای طراحی و بهبود عملکرد آنتنهای تک قطبی چاپی بیضوی . ........................................... 15
2 2 1 روش پایه برای طراحی فرکانس پایین در آنتنهای تک قطبی چاپی..................................... 16
ز
عنوان شماره صفحه
19 . ................................................UWB 2 2 2 روش پایه برای طراحی فرکانس بالا در آنتنهای طراحی
2 2 3 ایجاد شکاف بیضوی در داخل المان تشعشعی آنتن تک قطبی............................................... 22
2 2 4 ایجاد شکاف در طول لبههای کناری المان تشعشعی آنتن تک قطبی بیضوی.................... 28
2 2 5 ایجاد شکافهایی در داخل المان تشعشعی آنتن تک قطبی بیضوی .................................... 30
2 2 6 ایجاد شکافهای پلکانی در لبههای کناری المان تشعشعی ................................................... 33
2 2 7 المان تشعشعی حلقوی آنتن تک قطبی ...................................................................................... 37
2 2 8 برش قطاع متقارن در المان تشعشعی آنتن ................................................................................. 39
41.............................................................................................................................. EC و E 2 2 9 آنتنهای تک قطبی
2 3 1 روش مبنا برای طراحی آنتنهای دو یا چند بانده و خم کردن المان تشعشعی ................. 48
2 3 2 استفاده از اثر بار گذاری خازنی و القایی...................................................................................... 49
2 3 3 استفاده از المان پارازیتیکی ........................................................................................................... 51
فصل سوم روشهای طراحی و بهبود عملکرد تک بانده درساختارآنتن تک قطبی
3 1 مقدمه ......................................................................................................................................................... 56
3 2 استفاده از رزوناتورهای پچ پارازیتیک حلقوی ................................................................................ 56
3 3 استفاده از رزوناتورهای حلقوی میکرواستریپ............................................................................... 59
3 4 ایجاد شکاف در داخل المان تشعشعی آنتن ................................................................................... 63
3 5 افزودن استاب سری به المان تشعشعی آنتن................................................................................... 65
3 6 برش قطاع نامتقارن درالمان تشعشعی آنتن..................................................................................... 67
3 7 ایجاد مسیر فرعی در خط تغذیه ....................................................................................................... 72
فصل چهارم بررسی آنتن تکقطبی پیشنهادی در این پایان نامه
1 مقدمه ......................................................................................................................................................... 76 -4
ح
عنوان شماره صفحه
2-4 مرحله اول: طراحی المان تشعشعی اصلی نیم بیضوی شکل.......................................................... 77
3 مرحله دوم: طراحی المان پارازیتیک نیم بیضوی شکل به همراه المان تشعشعی اصلی.......... 79 -4
4 مرحله سوم: ایجاد شکاف دایروی در المان پارازیتیک..................................................................... 81 -4
82 ............................................................... WLAN/WiMAX 5 نتایج اندازهگیری آنتن پیشنهادی -4
6 بررسی کاربرد المان پارازیتیکی............................................................................................................. 86 -4
7 بررسی ایجاد شکاف در المان تشعشعی ............................................................................................. 88 -4
فصل پنجم نتیجه گیری و پیشنهادات
1 نتیجه گیری.............................................................................................................................................. 91 -5
2 پیشنهادات ................................................................................................................................................. 91 -5
کلمات کلیدی...................................................................................................................................................... 92
فهرست مراجع