چکیده:
استفاده از موجبرها در بسیاری از کاربردها اجتناب ناپذیر است، موجبرها دارای مزایایی نسبت به ساختارهای هدایت کننده صفحه ای هستندکه به تلفات کمتر، قابلیت انتقال توان بالا و ایزولاسیون خوب در برابر سیگنال های مجاور، می توان اشاره کرد، هزینه بالای ساخت و اندازه بزرگ در فرکانس های پایین مایکروویو، بزرگترین عیب آنها می باشد. اولین روش برای کوچک سازی موجبرها، پرکردن آنها با یک دی الکتریک بود که منجر به کاهش اندازه شان با ضریب 1<εr نسبت به موجبر خالی می شد، عیب این روش، قیمت بالای دی الکتریک و عدم استفاده از آن به عنوان آنتن، به دلیل تشعشع کم از انتهای باز موجبر بود. در این تحقیق ما روش بهبود گین و کوچک سازی آنتن موجبری مستطیلی با استفاده از ساختار های متامتریال را بررسی می کنیم. پارامتر های الکترومغناطیسی ساختار متامتریال استخراج شده و آنتن موجبری مستطیلی با این ساختارها، مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که لایه متامتریال وقتی که ضریب شکستش نزدیک به صفر باشد، می تواند انژری تشعشعی را متمرکز کرده باعث افزایش گین شده و خصوصیات تشعشعی آنتن را به طور موثری بهبود دهد. ما همچنین از ساختار Omega به علت ایجاد قابلیت تشعشع برای آنتن در زیر فرکانس قطع موجبر، استفاده خواهیم کرد.
مقدمه:
با توجه به مزایای زیاد موجبرها، استفاده از آنها در بسیاری از موارد اجتناب ناپذیر می باشد برای انتشار موج داخل موجبر، باید فرکانس موج از فرکانس قطع موجبر، بزرگتر باشد، در غیر این صورت موج تزریقی به موجبر به شدت با فاصله تضعیف شده و میرا می شود. چون فرکانس قطع به ابعاد مقطعی موجبر وابسته است، ابعاد آن در فرکانس های پایین باند مایکروویوکه از پرکاربرد ترین رنج های فرکانسی می باشد، نسبتا بزرگ خواهد بود. استفاده از مواد متامتریال که دارای خصوصیات منحصر به فردی می باشند، به موج اجازه انتشار زیر فرکانس قطع موجبر خالی به علت پشتیبانی Backward waves ها یا امواج وارونه را خواهد داد، از این ویژگی می توان برای کوچک سازی موجبر استفاده کرد. خصوصیت جالب توجه دیگر متامتریال ها اینست که ضریب شکستشان می تواند منفی یا نزدیک به صفر شود. طبق قوانین الکترو مغناطیسی، اگر ضریب شکست ماده ای نزدیک به صفر شود، پدیده فوق شکست رخ داده و امواج بازتابشی به جهت بردار نرمال سطح نزدیک شده و باعث متمرکز شدن میدان ها شده و خصوصیات تشعشعی بطور موثری بهبود می یابد. بدین منظور ماده متامتریال با ضریب شکست نزدیک به صفر در فرکانس مورد نظر به صورت لایه فوقانی در بالای صفحه تشعشعی آنتن قرار گرفته و تاثیر آن در بهره آنتن بررسی خواهد شد.
فصل اول: کلیات
1-1) هدف
با وجود اینکه ساختارهای هدایت کننده صفحه ای در بسیاری از موارد کوچک سازی، جایگزین موجبرهای مستطیلی شده اند، موجبرها هنوز هم دربسیاری از موارد مورد نیاز هستند. موجبرها دارای مزایایی مثل تلفات کمتر و قابلیت انتقال توان بالاتری می باشند. آنتن های صفحه ای مثل آنتن های پچ، دارای معایبی چون تلفات زیر لایه و تشعشع از منبع تغذیه و پایین بودن میزان غلظت پلاریزاسیون هستند، معایب آنتن های موجبری این است که ابعادشان در فرکانسهای پایین تر، نسبتا بزرگ می باشند، پس ما می خواهیم با استفاده متامتریال ها اندازه این آنتن ها را کوچک کرده و بهره آنها را افزایش دهیم.
از قوانین الکترومغناطیسی می دانیم که برای انتشار موج داخل یک موجبر باید مقطع طولی موجبر حداقل نصف طول موج عبوری از آن باشد.
روش ابتدایی برای کوچک کردن موجبرها، پر کردن آنها با یک ماده دی الکتریک بود که منجر به کاهش ابعاد آنها با ضریب 1<εr نسبت به موجبر خالی کوچکتر شد، در اینجا εr ثابت دی الکتریک می باشد. با این وجود موجبرهای پر شده از هوا دارای تلفات کمتری نسبت به موجبرهای معادل پر شده از دی الکتریک می باشند، همچنین بالا بودن ضریب دی الکتریک εr در موجبرهای پر شده، اجازه تشعشع از انتهای باز موجبر را نخواهد داد. از قانون اسنل می دانیم که اگر ضریب شکست ماده ای صفر یا نزدیک به صفر باشد اگر موجی تحت هر شرایطی به آن ماده بتابد سوی موج خروجی از سطح به جهت بردار نرمال نزدیکتر شده و این بدین معنی است که میدان های بازتابشی از سطح ماده حالت متمرکزتری پیدا کرده و در نتیجه خصوصیات تشعشعی آنتن، بطور موثری بهبود می یابد.
تعداد صفحه : 113
چکیده............................................................................................................................................................................. 1
مقدمه.............................................................................................................................................................................. 2
فصل اول: کلیات............................................................................................................................................................ 3
-1 هدف................................................................................................................................................................. 4 -1
-2 پیشینه تحقیق................................................................................................................................................ 4 -1
-3 مراحل کاری.................................................................................................................................................... 5 -1
فصل دوم: متامتریال های الکترو مغناطیسی......................................................................................................... 6
-1 مقدمه................................................................................................................................................................ 7 -2
-2 ضریب شکست................................................................................................................................................. 7 -2
-3 ساختار مورد بررسی.................................................................................................................................... 10 -2
11......................................................................( ɛ < -1 ضریب نفوذ پذیری الکتریکی منفی ( 0 -3 -2
١٢.......................................................................(μ< -2 ضریب نفوذ پذیری مغناطیسی منفی ( 0 -3 -2
-4 آنالیز خط انتقالی متامتریال های چپ گرد........................................................................................... 15 -2
22..........................................................CRLH -1 آنتن های دو بانده حلقوی بر اساس مفاهیم -4 -2
-5 اثر داپلروارونه.............................................................................................................................................. 25 -2
26..................................μ و ɛ -6 تشعشعات میدان های دور منبع خطی در حضور ماده ای با ضرایب -2
فصل سوم: کوچک کردن و بهبودگین با استفاده از متامتریال های الکترومغناطیسی.............................. 29
-1 مقدمه............................................................................................................................................................ 30 -3
-2 تئوری انتقال موجبری............................................................................................................................... 30 -3
-3 موجبر مستطیلی......................................................................................................................................... 31 -3
33.................................................................................................. (TE) -3 مدهای الکتریکی عرضی -3 -1
34.............................................................................................. (TM) -2 مدهای مغناطیسی عرض -3 -1
-4 کوچک سازی............................................................................................................................................... 36 -3
-5 استفاده از ساختار متامتریال برای بهبود گین آنتن های موجبری................................................. 43 -3
موثر یک ماده........................................................................... 47 μ وɛ فصل چهارم : بدست آوردن پارامترهای
48................................................................................................................................NRW -1 معرفی روش -4
موثر............................................................................................... 53 μ و ɛ -2 الگوریتم استخراج پارامترهای -4
فصل پنجم: شبیه سازی و نتایج عددی.............................................................................................................. 55
-1 بررسی تحقیقات تئوریک و شبیه سازی.............................................................................................. 56 -5
56...............................................................................................Ansoft HFSS نرم افزار FEM -2 روش -5
ز
-3 بهبود گین.................................................................................................................................................... 57 -5
59.......................................................................................................................................S -1 ساختار -3 -5
65...............................................................................................................SRR&TW -2 ساختار -3 -5
-4 کوچک سازی................................................................................................................................................ 67 -5
-5 شبیه سازی و نتایج عددی....................................................................................................................... 69 -5
-1 تاثیر استفاده از لایه اول........................................................................................................... 69 -5 -5
2 تاثیر استفاده از لایه دوم............................................................................................................. 72 -5 -5
76...................................................................................................................................... Omega -6 ساختار -5
فصل ششم : نتیجه گیری و پیشنهادات............................................................................................................... 87
-1 جمع بندی................................................................................................................................................ 88 -6
-2 پیشنهادات................................................................................................................................................. 88 -6
پیوست.......................................................................................................................................................................... 90
مراجع لاتین .............................................................................................................................................................. 93
چکیده انگلیسی.
پایان نامه ارشد برق تحلیل و شبیه سازی ساختار Metamaterial برای بهبود گین و کوچک کردن ساختار آنتن موجبری
