چکیده:
به دلیل نیاز مخابرات بیسیم به پهنای باند بالا برای انتقال هر چه بیشتر اطلاعات نیاز به آنتن هایی که بتوانند برای باندهای بسیار وسیع کاربرد داشته باشند بیش از پیش احساس شد. با ارائه سیستمهای نوینی نظیر UWB که پهنای باند بالای چند گیگا هرتز را می طلبد زمینه برای فعالیت طراحان آنتن گسترش یافت. امروزه آنتن های UWB به عنوان یکی از بهترین نمونه ها در میان آنتن های دیگر شناخته شده است که در دهه های اخیر پیشرفتهای بسیاری را به خود دیده است. اغلب این پیشرفتها در راستای افزایش پهنای باند امپدانسی، بهبود مشخصات تشعشعی (پترن و بهره) و همچنین کاهش ابعاد آن بوده است. میتوان آنتن های UWB را به پنج گروه اصلی، آنتن های مستقل از فرکانس، آنتن های خود مکمل، آنتن های المان کوچک، آنتن های traveling wave و آنتن چند روزنانسه تقسیم بندی نمود. این آنتن ها کاربردهای ویژه و جذابی دارند.
در این پایان نامه یک آنتن میکرواستریپی اسلات با تغذیه CWB برای کاربردهای باند وسیع ارائه شده است. آنتن پیشنهادی علاوه بر عملکرد در یک باند وسیع تقریبا 20 گیگا هرتز، مزیت دارا بودن ساختار کوچک را نیز دارد.
مقدمه:
با مشخص شدن و تصویب قوانین مربوط به سیستم های UWB در ایالات متحده در سال 2002 و نیز دیگر سیستم های مخابرات بیسیم، عرصه فعالیت برای محققان و طراحان آنتن های باند وسیع بیش از پیش گسترش یافت و از آن زمان تاکنون مقالات مختلفی در کنفرانس ها و مجلات علمی معتبر دنیا در این خصوص انتشار یافته است و آنتن های گوناگونی معرفی شده اند .از جمله آنتن هایی که برای این منظور طراحی شده و در مقالات آمده اند آنتنهای ریزنوار می باشند که دارای ساختارهای مختلف و نیز اشکال مختلفی می باشند. آنتن های بکار گرفته شده در تکنولوژی UWB علاوه بر پهنای باند امپدانسی بالا باید دارای مشخصات تشعشعی مناسب (از جمله پترن تشعشعی همه جهته، راندمان بالا و تغییرات کم برای بهره در کل باند) ابعاد کوچک و ساختاری مسطح نیز باشند.
از جمله کاربردهایی که اخیراَ برای این نوع از آنتن ها معرفی شده است میتوان به مورد استفاده قرار گرفتن در مدارات RFID، شبکه های جستجوگر، رادار و همچنین شبکه های ارتباطی محلی همچون WLAN اشاره کرد.
انواع مختلفی از ساختارها برای بدست آوردن پهنای باند امپدانسی بالا ارائه شده وتحقیقات گسترده ای برای پیشرفت عملکرد هر کدام انجام گرفته است. آنتن های پچ ریزنوار با تغذیه کابل کواکسیال، انواع آنتن های چاپی با تغذیه خط ریزنوار و آنتن های اسلات با تغذیه CPW از نمونه های مهم آنها محسوب میشوند که برای داشتن کارایی در سیستم UWB دارای مزایا و معایب خاص خود می باشند.
این پایان نامه شامل شش فصل است که در ابتدا به مقدمه ای بر سیستمهای UWB و تاریخچه تکنولوژی UWB و مزایا و معایب آن اشاره میشود. فصل دوم به معرفی آنتن های UWB و تاریخچه این آنتن ها اشاره دارد. در فصل سوم آنتن های ریزنوار و مکانیسم تشعشعی در این آنتن ها، انواع آنتن های ریزنوار، روشهای تغذیه در این آنتن ها، مدل ریاضی آنها و امواج سطحی مرور می گردد. این فصل اشاره بر روشهای تحلیل آنتن های ریزنوار و مزایا و معایب هر کدام از آنها دارد. دو مدل خط انتقال و مدل حفره در تحلیل این آنتن ها در این بخش مطالعه و بررسی میشوند. در فصل چهارم موجبر هم صفحه که یکی از روشهای تغذیه آنتن های ریزنوار میباشد و اساس تغذیه آنتن بررسی شده در این پایان نامه است، بطور کامل مورد بررسی قرار گرفته و مزایای آن نسبت به سایر روشهای تغذیه ذکر میگردد. در فصل پنجم آنتن های اسلات ریزنوار، مزایا، معایب، کاربرد و مسائل مهم در این نوع آنتن ها مورد بحث قرار میگیرد. سرانجام در فصل ششم فرآیند طراحی آنتن با اسلات بیضوی و تغذیه با موجبر هم صفحه برای دو حالت استفاده از منعکس کننده و بدون آن بررسی شده و نتایج بدست آمده از شبیه سازی ها با نتایج ساخت مقایسه می گردد. برای شبیه سازی از نرم افزار HFSS استفاده شده است. این نرم افزار بر اساس حل تمام موج به روش ممان تحلیل را انجام میدهد و برای ساخت آنتن، این نرمافزار به عنوان نرم افزار مبنا بوده است. در پایان نتیجه گیری و پیشنهاداتی برای ادامه کار ذکر شده است.
فصل اول: مقدمه ای بر سیستمهای UWB
1-1) مقدمه
با توجه به مزیت های انکارناپذیر مخابرات بیسیم بر مخابرات سیمی، مانند نصب سریعتر و کم هزینه تر، تعمیر و نگهداری راحت تر، گسترش ساده تر و انعطاف پذیری بیشتر در تعریف پروتکل های جدید، دنیای مخابرات با سرعت به سمت کاملا بیسیم شدن پیش میرود.
یکی از مسائلی که همواره در مخابرات بیسیم مورد بحث و تبادل نظر قرار گفته است، چگونگی استفاده بهینه از پهنای باند فرکانسی در دسترس برای بالا بردن هرچه بیشتر ظرفیت کانال مخابراتی و دستیابی به سرعت های بالاتر ارسال داده و در عین حال بالا بردن قابلیت اعتماد و نیز امنیت کانال بوده است. مطرح شدن لزوم دسترسی چندگانه از طریق مخابرات بیسیم و امکان تحرک برای کاربران با سرعتها و در فواصل مکانی مختلف در محیطهای گوناگون، پیچیدگی مسأله را تا حد زیادی افزایش داده است.
در جهت حل این مسأله روشهایی مطرح شده است که هر یک دارای مزایا و معایب خاص خود هستند و تلاش برای رسیدن به روشهای بهینه تر همچنان ادامه دارد. اما یکی از تکنیک هایی که اخیراً مورد توجه بسیار قرار گرفته است، مخابرات باند بسیار وسیع یا UWB است که در این فصل به طور خلاصه به معرفی آن پرداخته و مزایا و معایب آن را مورد بررسی قرار خواهیم داد.
تعداد صفحه : 152
فهرست مطالب:
چکیده............................................................................................................................................... 1
مقدمه............................................................................................................................................... 2
3 ......................................................................UWB فصل اول: مقدمهای بر سیستمهای
-1- مقدمه................................................................................................................................... 4 1
4 ......................................................................................................................UWB -2- تعریف 1
7 ................................................................................................................UWB -3- تکنولوژی 1
12 ...............................................................................................UWB -4- تاریخچه تکنولوژی 1
13 ......................................................................................................UWB -5- مزایای سیستم 1
-1-5 دیتا با سرعت بالا در شبکه های چند کاربره .............................................. 13 -1
-2-5 حاشیهی محو شوندگی بالا ............................................................................. 13 -1
-3-5 تفکیک پذیری فوقالعاده در کانالهای چند مسیری .................................. 14 -1
-4-5 سخت افزار سادهتر، کوچکتر و ارزانتر ...................................................... 15 -1
-5-5 کاهش تداخل .................................................................................................... 16 -1
-6-5 قابلیت نفوذ در دیوارها و زمین ...................................................................... 17 -1
18 ................................................................................................UWB -6- معایب سیستمهای 1
-1-6 تعداد زیاد مسیرهای دریافتی ......................................................................... 18 -1
-2-6 پراکندگی زاویهی ورود .................................................................................... 18 -1
-3-6 زمان همزمان سازی طولانی ........................................................................... 18 -1
19 ........................................................................................UWB -7- کاربردهای سیستمهای 1
-1-7 رادار ...................................................................................................................... 19 -1
-2-7 مکان یابی ............................................................................................................. 19 -1
-3-7 مخابرات بی سیم ................................................................................................ 20 -1
21 .......................................................................................UWB فصل دوم: معرفی آنتنهای
-1- مقدمه.................................................................................................................................... 22 2
22 ...............................................................................................UWB -2- تاریخچهی آنتنهای 2
23 ......................................................................................UWB -3- بررسی خواص یک آنتن 2
25 .............................................................................................UWB -4- معرفی انواع آنتنهای 2
-1-4 آنتن کونیکال ..................................................................................................... 25 -2
31 ............................................................................................. TEM -2-4 آنتن هورن -2
-3-4 آنتنهای حلزونی ................................................................................................. 33 -2
-4-4 آنتنهای چهار مربعی ......................................................................................... 34 -2
-5-4 آنتن حفره کواکسیال با پاشندگی کم .......................................................... 37 -2
38 .......................................... sleeve -6-4 آنتن مونوپل قفسهای و هلیکس دارای -2
39 ..................................................................................... (IRA) -7-4 آ نتن ایمپالسی -2
40 ................................................................... (CIRA) -8-4 آنتن ایمپالیسی چتری -2
فصل سوم: مقدمهای بر آنتنهای میکرواستریپ........................................................... 41
-1- مقدمه.................................................................................................................................... 42 3
-2- تعریف آنتنهای ریزنوار....................................................................................................... 43 3
-3- انواع آنتنهای ریزنوار.......................................................................................................... 43 3
-1-3 آ نتنهای پچ ریزنوار ............................................................................................ 44 -3
-2-3 آنتنهای دوقطبی ریزنوار .................................................................................. 44 -3
-3-3 آنتنهای اسلات ریزنوار ..................................................................................... 45 -3
-4-3 آنتنهای ریزنوار موج رونده .............................................................................. 46 -3
-4- مدلها و تکنیکهای تغذیه................................................................................................... 47 3
-1-4 تغذیه کواکسیال.................................................................................................. 48 -3
-2-4 تغذیه با خط ریزنوار........................................................................................... 50 -3
-3-4 تغذیه به روش تزویج مجاورتی ....................................................................... 51 -3
-4-4 تغذیه به روش تزویج روزنهای ........................................................................ 52 -3
54 ....................................................... CPW -5-4 تغذیه به روش موجبر همصفحه -3
-5- روشها و مدلهای تحلیل آنتنهای ریزنوار........................................................................ 56 3
-1-5 روش تجربی ....................................................................................................... 56 -3
-1-1-5 مدل خط انتقال ..................................................................................... 57 -3
-2-1-5 مدل حفره ............................................................................................... 57 -3
-2-5 مدلهای نیمه تجربی ......................................................................................... 59 -3
-3-5 روش تمام موج.................................................................................................... 59 -3
-6- بررسی عملکرد امواج سطحی در آنتن ریزنوار.............................................................. 60 3
-7- تعیین موقعیت نقطهی تغذیه در آنتن ریزنوار............................................................. 61 3
-8- امپدانس ورودی در آنتن ریزنوار..................................................................................... 62 3
-9- تأثیر زمین محدود در آنتن ریزنوار................................................................................. 63 3
-10- بررسی مزایا و معایب آنتن ریزنوار............................................................................... 63 3
-1 مزایای آنتنهای ریزنوار .................................................................................. 63 -10 -3
-2 معایب آنتنهای ریزنوار ................................................................................... 63 -10 -3
-11- برخی از کاربردهای مهم آنتن ریزنوار......................................................................... 64 3
-12- پارامترهای مؤثر در طراحی آنتن ریزنوار مستطیلی................................................. 64 3
-1 انتخاب زیرلایه ................................................................................................ 65 -12 -3
-2 پهنا و طول آنتن.............................................................................................. 65 -12 -3
-3 پهنای بیم ........................................................................................................ 65 -12 -3
-4 سمتگرائی و بهره........................................................................................... 66 -12 -3
-5 توان تشعشعی و مقاومت تشعشعی ............................................................ 67 -12 -3
-6 تلفات و ضریب کیفیت .................................................................................. 67 -12 -3
-7 پهنای باند ........................................................................................................ 68 -12 -3
-8 کارآیی تشعشعی.............................................................................................. 69 -12 -3
-9 محل تغذیهی آنتن.......................................................................................... 69 -12 -3
-10 پلاریزاسیون................................................................................................... 70 -12 -3
فصل چهارم: موجبر همصفحه متداول................................................................. 71
-1- مقدمه.................................................................................................................................... 72 4
-2- مؤلفهها، مدارات و سیستم موجبر همصفحه................................................................ 72 4
-1-2 مزایای مدارات موجبر همصفحه...................................................................... 72 -4
-1-1-2 طراحی ..................................................................................................... 72 -4
-2-1-2 ساخت........................................................................................................ 73 -4
-3-1-2 عملکرد ..................................................................................................... 73 -4
-2-2 انواع موجبرهای همصفحه................................................................................ 74 -4
-3-2 چند نمونه از کاربردهای موجبرهای همصفحه............................................ 75 -4
76 ...............................................................................(CCPW) -3- موجبر همصفحه متداول 4
روی یک زیرلایهی دیالکتریک چندلایهای............................... 76 CCPW -1-3 -4
-1-1-3 بیان تحلیلی بر پایهی تکنیکهای نگاشت ......................................... 76 -4
-2-1-3 موجبر همصفحه متداول روی یک زیرلایه با ضخامت محدود...... 80 -4
-2-3 مولفههای میدان موجبر همصفحه.................................................................. 83 -4
فصل پنجم: معرفی آنتنهای اسلات ریزنوار.................................................................... 88
-1- مقدمه.................................................................................................................................... 89 5
-1- معرفی................................................................................................................................... 90 5
-3- روشهای تغذیهی آنتنهای اسلات ریزنوار....................................................................... 90 5
-1-3 آنتنهای اسلات تغذیه شده با خط ریزنوار..................................................... 91 -5
-2-3 آنتنهای اسلات تغذیه شده با موجبر سطحی............................................... 93 -5
-4- روشهای پهن باند کردن آنتنهای اسلات....................................................................... 94 5
-5- معرفی انواع آنتنهای اسلات ریزنوار................................................................................ 94 5
-1-5 آنتنهای اسلات ریزنوار مونوپل......................................................................... 94 -5
-1-1-5 آنتن اسلات ریزنوار مستقیم................................................................. 94 -5
شکل................................................................ 96 L -2-1-5 آنتن اسلات ریزنوار -5
وارونه................................................. 97 T -3-1-5 آنتن اسلات ریزنوار به شکل -5
-2-5 آنتن اسلات باریک شونده................................................................................. 99 -5
-3-5 آنتن اسلات حلقه مربعی.................................................................................. 100 -5
Tuning Stub با CPW فصل ششم: آنتن ریزنوار با اسلات بیضوی و تغذیهی
چند حلقهای دایروی.................................................................................................
103
-1 مقدمه.................................................................................................................................... 104 -6
معمولی با زمین و ضخامت محدود............................ 104 CPW -2 محاسبهی مشخصات -6
106 ....................................................CPW -3 شکل پایهی آنتن اسلات بیضوی با تغذیهی -6
-4 بررسی مشخصات آنتن پیشنهادی.................................................................................. 107 -6
-1-4-6 تلفات برگشتی و تطبیق امپدانسی................................................................. 107
-2-4-6 پلاریزاسیون آنتن اسلات بیضوی.................................................................... 110
-3-4-6 پترن تشعشعی..................................................................................................... 112
-4-4-6 اساس کار آنتن.................................................................................................... 113
-5-4-6 پترن تشعشعی آنتن اسلات بیضوی............................................................... 114
-5 مقایسه آنتن شبیهسازی شده و آنتن ساخته شده.................................................... 116 -6
-6 پارامترهای آنتن و بررسی نتایج شبیهسازیها................................................................ 118 -6
-1-6-6 اثرات تغییرات پارامترهای اسلات.................................................................... 118
-2-6-6 اثرات ضخامت زیرلایه و ضریب دیالکتریک................................................ 118
-7 استفاده از منعکسکننده برای یک جهته کردن و افزایش بهرهی آنتن................. 120 -6
فصل هفتم : نتایج و پیشنهادات.......................................................................................... 125
-1- نتایج...................................................................................................................................... 126 7
-2- ارایهی پیشنهادات.............................................................................................................. 127 7
-3- دستاوردهای علمی............................................................................................................. 127 7
مراجع.............................................................................................................................................. 128
چکیده ی انگلیسی.
پایان نامه ارشد برق آنتن ریزنوار با اسلات بیضوی و تغذیه CPW با Tuning Stub چند حلقه ای دایروی برای کاربردهای UWB
