چکیده:
آنتن های میکرواستریپ کاربرد های زیادی در صنعت، تجهیزات مخابراتی و نظامی دارند که به دلیل سادگی تحلیل و ساخت و خصوصیات تشعشعی جالبشان است. با این وجود این آنتنها بهره و پهنای باند پایینی دارند که به دلیل وجود موج سطحی و تشعشع منبع در جهات مختلف است. یک راه حل جدید استفاده از ساختارهای متناوب Electromagnetic band gap یا به اختصار EBG است. در این رساله دو کاربرد این ساختارهای متناوب مورد بررسی قرار گرفته است. در کاربرد اول ساختار های
متناوب بر روی زیرلایه آنتن قرار می گیرند که با ایجاد یک باند شکاف در یک محدوده فرکانسی معین از انتشار موج سطحی جلوگیری می نمایند. در کاربرد دوم، ساختار های متناوب EBG در یک فاصله معین بالای منبع تشعشع آنتن که پچ است قرار گرفته و با ایجاد پدیده فوق شکست، تشعشع در جهات مختلف را در جهت عمود به ساختار های EBG متمرکز می نماید.
مقدمه:
مواد Electromagnetic bandgap، ساختارهای متناوب هستند که از دی الکتریک ها، مواد فلزی یا ترکیبی از مواد فلزی و دی الکتریکی، تشکیل شده اند. این ساختار ها می توانند از انتشارموج در جهات و فرکانس های ویژه جلوگیری نمایند، بنابراین آنها می توانند به عنوان فیلترهای فرکانسی و جهتی در نظر گرفته شوند. پیکربندی های گوناگونی از ساختارهای EBG وجود دارند که می توانند در آنتن های میکرواستریپ مورد استفاده قرار گیرند. این پیکربندی ها به سه طبقه تقسیم می شوند:
– سطوح امپدانس بالا مانند ساختار های EBG دو بعدی که می توانند به عنوان زیر لایه آنتن های میکرواستریپ به منظور حذف موج سطحی استفاده شوند.
– سطوح مصنوعی مانند هادی های مغناطیسی مصنوعی و سطوح غیرفعال برای طراحی آنتن های low profile.
– آنتن ها با دایرکتیوته بالا که بر اساس ایجاد باند گذر و ضریب شکست صفر در ساختارهای EBG طراحی می شود. در این حالت ساختار EBG به عنوان یک فلیتر فرکانسی و جهتی معین با ضریب کیفیت بالا عمل کرده و امواج الکترومغناطیسی را عبور می دهد.
برای برخی منابع تشعشعی مانند آنتن های پچ میکرواستریپ ساختارهای EBG می توانند به صورت فوق لایه پیکربندی شوند هدف اصلی از این پیکربندی افزایش بهره و دایرکتیویته آنتن های میکرواستریپ می باشد. آنتن های دایرکتیو فشرده با یک نقطه تغذیه، جذابیت بالایی در عمل دارند. با این وجود پترن های تشعشعی آنها توسط موج سطحی تحت تاثیر قرار گرفته و گین پایینی دارند. از سوی دیگر آنتن های آرایه ای بهره و دایرکتیویته بالایی دارند اما دارای مکانیسم تغذیه پیچیده و بازده تشعشع محدود به کاربرشان می باشند. بنابراین آنتن با بهره و دایرکتیویته بالا با ساختارهای فشرده و مکانیسم تغذیه ساده در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. برای رسیدن به این منظور از ساختار های EBG استفاده شده است.
فصل اول
کلیات
1-1) هدف
آنتن های میکرواستریپ مزیت زیادی از جمله low profile، تطبیق پذیری با سطوح صفحه ای و غیرصفحه ای، سادگی وارزانی ساخت با استفاده از تکنولوژی مدار چاپی مدرن، استحکام مکانیکی و تطبیق پذیری زیادی بر حسب فرکانس های رزونانس، پلاریزاسیون، پترن و امپدانس دارند. عیب های اصلی آنتن های میکرواستریپ بهره پایین، پهنای باند فرکانسی باریک به دلیل پراکندگی تشعشع از پچ آنتن میکرواستریپ و وجود امواج سطحی است.
هدف از این پایان نامه افزایش بهره و دایرکتیویته آنتن میکرواستریپ با تغذیه ساده مانند خط کواکسیال می باشد. برای نیل به این هدف، از ساختارهای Electromagnetic bandgap استفاده شده است.
2-1) پیشینه تحقیق
در سال های اخیر مواد EBG و Metamaterial مورد مطالعه و تحقیق بسیار در حوزه مایکروویو و آنتن های مخابراتی، به منظور بهبود پارامتر های آنتن های میکرواستریپ، قرار گرفته اند. در سال 2000 آقای B.Temelkuaran و همکارانش یک منبع تشعشعی منوپل را داخل یک حفره تشدید ساخته شده از کریستال های فوتونیک الکتریکی قرار دادند و یک دایرکتیویته بالا بدست آوردند. S.Enoc و همکارانش یک نوع متامتریال را طراحی کردند که از شش شبکه ورقه مسی و از تکه های فوم به منظور تشعشع جهتی تشکیل یافته است. در آنتن آنها یک منبع تشعشع منوپل مابین شبکه های سوم و چهارم قرار گرفته و نتایج تجربی نشان می دهد دایرکتیویته آنتن افزایش یافته است. بعلاوه M.Thevenot و A.R.Wiely و با قرار دادن یک فوق لایه از کریستال های فتونیک (superstrate photonic crystals) بالای یک آنتن پچ متعارف یک تشعشع با دایرکتیویته بالا بدست آوردند.
تعداد صفحه : 153
چکیده ......................................................................................................................... 1
مقدمه .......................................................................................................................... 2
فصل اول: کلیات .............................................................................................................. 3
1) هدف .……………………………………………………………………………………………………………… 4 -1
2) پیشینه تحقیق ........................................................................................................ 4 -1
3) روش کار تحقیق ...................................................................................................... 4 -1
4) نمای کلی پایان نامه……………………………………………………………………………………………… 5 -1
فصل دوم: آنتن های میکرواستریپ ........................................................................................ 6
-1 مقدمه .................................................................................................................. 7 -2
-2 اساس آنتن های میکرواستریپ ..................................................................................... 7 -2
-3 ویژگی های آنتن های میکرواستریپ ............................................................................... 8 -2
-1 پلاریزاسیون ........................................................................................................ 8 -3 -2
-2 پترن تشعشعی ..................................................................................................... 8 -3 -2
-3 پهنای بیم نصف توان ............................................................................................. 9 -3 -2
-4 بهره ............................................................................................................... 10 -3 -2
-5 نسبت موج ساکن ............................................................................................... 10 -3 -2
-6 پهنای باند ........................................................................................................ 10 -3 -2
-4 تکنیک های تغذیه.................................................................................................. 11 -2
-1 تعیین موقعیت نقطه ی تغذیه در آنتن مایکرواستریپ ..................................................... 12 -4 -2
-5 روش های تحلیل ................................................................................................... 13 -2
-1 مدل خط انتقال ................................................................................................. 13 -5 -2
-2 مدل حفره ........................................................................................................ 15 -5 -2
ز
-3 کوپلینگ متقابل در آنتنهای میکرواستریپ .................................................................. 21 -5 -2
23 .......................................................... metamaterial و EBG فصل سوم: معرفی ساختار های
24 .......................................................................... Metamaterail -1 معرفی ساختارهای -3
25 ............................................................. Viktor Veselago -2 تفکر و تعمق تئوری بوسیله -3
-3 اصطلاحات ........................................................................................................... 26 -3
26 ................................................................................... LH -4 نمایش تجربی ساختارهای -3
31 .................................................................................................. EBG -5 ساختارهای -3
34 ........................................ mushroom EBG و uni-planar EBG -6 مقایسه ساختار های -3
35 ........................................................................... Metamaterial و EBG -7 رابطه بین -3
در مهندسی آنتن ها .......................................................................... 36 EBG -8 کاربرد های -3
-1 استفاده در زیر لایه آنتن به منظور جلوگیری از انتشار موج سطحی ...................................... 36 -8 -3
-2 سطوح انتقال و انعکاس به منظور افزیش گین آنتن ........................................................ 37 -8 -3
فصل چهارم: تحلیل خط انتقال ساختارهای متامتریال ................................................................ 39
-1 مقدمه ................................................................................................................ 40 -4
همگن ایده آل ........................................................................... 40 CRLH -2 خطوط انتقال -4
معادل .......................................................................... 47 MTM -3 پارامتر های ساختمانی -4
-4 رزونانس های متعادل ونا متعادل .................................................................................. 49 -4
54 ...................................................................... EBG فصل پنجم: روش های تحلیل ساختارهای
-1 مقدمه ................................................................................................................ 55 -5
55 .................................................................... EBG -2 مدل مدار رزونانس برای ساختارهای -5
56……………………………………………………………………….. LC -1 مدل محیط موثر با المان های -2 -5
-3 مدل خط انتقال ..................................................................................................... 57 -5
-1 مدل خط انتقال برای موج سطحی ........................................................................... 57 -3 -5
-1-1 مدل خط انتقال اولیه ........................................................................................ 58 -3 -5
-2 مدل خط انتقال برای موج تخت…………………………………………………………………………… 62 -3 -5
63 ................................. FDTD ها و بررسی اثرات آنها با روش EBG -4 معرفی پارامتر های موثر در -5
ح
-1 اثر پهنای پچ ..................................................................................................... 64 -4 -5
-2 اثر پهنای شکاف ................................................................................................. 64 -4 -5
-3 اثر ضخامت زیر لایه ............................................................................................. 65 -4 -5
-4 اثر نفوذ پذیری زیر لایه ......................................................................................... 65 -4 -5
فصل ششم: استخراج پارامتر های ساختمانی ساختارهای متامتریال ................................................ 67
-1 مقدمه..………………………………………..………………………………………………………………… 68 -6
-2 روش تحلیلی برای تشعشع میدان راه دور ....................................................................... 68 -6
-3 ساختار موجبر صفحه موازی ...................................................................................... 70 -6
71 ............................................... NRW -1-3 استخراج پارامترهای محیط موثر با استفاده از روش -6
73 .......... NRW -4 مراحل استخراج پارا متر های موثر محیط از پارامتر های پراکندگی با استفاده از روش -6
-5 زیر لایه های متامتریال برای آنتن های میکرواستریپ ......................................................... 73 -6
74 ............................................................................................. Square UCEBG -1-5 -6
78 .............................................................................. modified square UCEBG -2-5 -6
82 ........................................................................................... coupled S -3-5 ساختار -6
86 ................................................................................. double split ring -4-5 ساختار -6
90 ...................................................................... H _ Split ring resonator -5-5 ساختار -6
در آنتن میکرواستریپ ..... 95 metamaterial superstrate و EBG فصل هفتم: بررسی تاثیر ساختارهای
-1 مقدمه……………………..………………………………………………………………..…………………… 96 -7
96 ................................................................................. Ku -2 آنتن میکرواستریپ برای باند -7
در افزایش گین و دایرکتیوته ............................................... 98 EBG substarte -3 بررسی تاثیر -7
98 ........................................................................... mushroom like EBG -1 ساختار -3 -7
102 .............................................................. fractal mushroom like EBG -2 ساختار -3 -7
105 .............................................................................................. UCEBG -3 ساختار -3 -7
-4 بررسی تاثیر فوق لایه متامتریال در افزایش گین و دایرکتیویته آنتن میکرواستریپ ..................... 108 -7
109 ............................................ square UCEBG -1 تاثیر فوق لایه متامتریال با ساختار های -4 -7
112 ............................ modified square UCEBG -2 تاثیر فوق لایه متامتریال با ساختار های -4 -7
115 ................................................... coupled S -3 تاثیر فوق لایه متامتریال با ساختار های -4 -7
ط
117 ......................................... double split ring -4 تاثیر فوق لایه متامتریال با ساختار های -4 -7
119 .................................. H _ double split ring -5 تاثیر فوق لایه متامتریال با ساختار های -4 -7
فصل هشتم: نتیجه گیری و پیشنهادات ............................................................................... 122
-1 نتیجه گیری ....................................................................................................... 123 -8
-2 پشنهادات .......................................................................................................... 123 -8
پیوست ……………....………………………………………………………………………………………………… 126
مراجع لاتین ............................................................................................................. 128
چکیده انگلیسی .......................................................................................................... 134
