۵nF

۶۰۰nH

۰.۹ cm

۱ cm

Outer branch
۱^st Stage

Series

۵

شکل (۲-۲۴) : پارامتر آنتن ۴ شاخه ای بارگزاری شده با ۵ المان LC سری
شکل (۲-۲۵) : شبکه تطبیق برای آنتن ۴ شاخه ای بارگزاری شده با ۵ المان LC سری

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

شکل (۲-۲۶) : پترن تشعشعی برای آنتن ۴ شاخه ای بارگزاری شده با ۵ المان LC سری
تا اینجا با چند نمونه از آنتن های درختی سه بعدی آشنا شدیم. استفاده اصلی این ساختارها جهت کوچک کردن ابعاد آنتن های دوقطبی و یا تک قطبی می باشد. در ادامه این فصل با ساختارهای فرکتالی سه بعدی هیلبرت^[۲۲] آشنا می شویم.
۲-۵- آنتن های سه بعدی هیلبرت
در این بخش با یکی دیگر از آنتن های فرکتالی سه بعدی آشنا می شویم. ویژگی اصلی این آنتن ها وجود گین قابل قبول برای باندهای مختلف می باشد. پهنای باند امپدانسی برای این ساختارها به اندازه ای می باشد که می توان از آن ها جهت پوشش سیستم های DCS و PCS و UMTS استفاده نمود. در این بخش با دو نمونه از ساختارهای سه بعدی هیلبرت آشنا می شویم. که ضمن بررسی خواص آنها با نتایج حاصل از شبیه سازی و اندازه گیری این ساختارها نیز آشنا می شویم.
۲-۵-۱ ساختارهای هیلبرت سه بعدی معمولی^[۲۳]
اولین ساختار هیلبرتی که مورد بررسی قرار می دهیم، ساختار هیلبرت معمولی می باشد. نمای کلی این آنتن ها در تکرارهای اول، دوم و سوم در شکل (۲-۲۷) نشان داده شده است. این آنتن ها دارای ضخامت mm 2/0 و عرض mm 10 و mm 5 و mm5/2 به ترتیب برای تکرارهای اول، دوم و سوم می باشند. از طرفی دیگر اندازه طول هر المان آنتن سه بعدی هیلبرت در شکل (۲-۲۷)، یعنی پارامترهای L₁ , L₂, L₃، برابر با mm10 و mm20 و mm40 می باشد و عرض هر المان نیز ، برابر با mm5/2 و mm 5 و mm10 می باشد. این آنتن ها در ارتفاع mm3 از صفحه زمینی با ابعاد mm70 mm 70 قرار گرفته اند.
تغذیه این آنتن ها نیز از طریق یک کابل هم محور در فاصله mm5/2 از ابتدای بازوهای آزاد برای تکرار اول و دوم و در فاصله mm 5/1 برای تکرار سوم، فراهم می شود. همان طور که در شکل (۲-۲۷) نشان داده شده است، آنتن فرکتالی سه بعدی هیلبرت در تکرار سوم در دو حالت مورد بررسی قرار گرفته است. در حالت اول آنتن در فضای آزاد قرار دارد و در حالت دوم آنتن در داخل یک استوانه دی الکتریک قرار گرفته است. در ادامه نتایج حاصل از شبیه سازی این دو آنتن مورد بررسی قرار می گیرد.
۲-۵-۱-۱ آنتن هیلبرت سه بعدی معمولی در فضای آزاد
شکل (۲-۲۸) نتایج حاصل از شبیه سازی پارامتر ، را برای این آنتن را در تکرارهای مختلف نشان می دهد.
شکل (۲-۲۷) : آنتن هیلبرت سه بعدی معمولی در سه تکرار اول
شکل (۲-۲۸) : پارامتر برای آنتن هیلبرت سه بعدی معمولی در سه تکرار اول
براساس آنچه در شکل (۲-۲۸) مشاهده می­کنید، تعداد فرکانس­های رزنانس برای آنتن هیلبرت معمولی با افزایش درجات تکرار افزایش می­یابد. نکته قابل توجه در این شکل این است که فرکانس­های رزنانس در این آنتن همانند آنتن سرپینسکی، متناوب لگاریتمی نمی­باشند. شکل (۲-۲۹) نیز پترن تشعشعی را برای این آنتن در فرکانس GHz 5 در تکرارهای مختلف نشان می دهد. در این حالت گین آنتن برای تکرارهای اول، دوم، و سوم به ترتیب برابر با و و می باشد. همان طور که در شکل (۲-۲۹) مشاهده می کنید، آنتن هیلبرت معمولی دارای پترن نامتقارن می باشد که این ویژگی به دلیل خاصیت نامتقادن ساختار آنتن هیلبرت می باشد. نکته دوم اینکه، با توجه به شکل (۲-۲۸) این آنتن دارای تلفات بازگشتی زیادی در اغلب باندهای رزنانسی می باشد. یک راه حل ساده برای رفع این مشکل استفاده از آنتن هیلبرت سه بعدی معمولی در داخل استوانه دی الکتریک، می باشد، که در ادامه مورد بررسی قرار می گیرند.
شکل (۲-۲۹) : پترن تشعشعی برای آنتن هیلبرت معمولی در فرکانس GHz5، برای تکرار اول (a) و برای تکرار دوم (b) و برای تکرار سوم ©
۲-۵-۱-۲ آنتن هیلبرت سه بعدی معمولی در داخل استوانه دی الکتریک
همان طور که اشاره شد، هدف از استفاده آنتن هیلبرت معمولی در داخل استوانه دی الکتریک، کاهش تلفات بازگشتی می باشد. در این بخش نتایج حاصل از بررسی آنتن هیلبرت معمولی در تکرار سوم را، که در داخل یک استوانه ای از دی الکتریک قرار دارد مورد بررسی قرار می دهیم. ضرایب دی الکتریک برای ماده داخل استوانه دو مقدار ۰۷/۱ و ۲۵/۲ انتخاب شده است. شکل (۲-۳۰) نتایج حاصل از شبیه سازی این آنتن ها را نشان می دهد. همان طور که در این شکل مشاهده می کنید، هنگامی که استوانه دارای ضریب دی الکتریک ۰۷/۱ می باشد، عملکرد آنتن در فرکانس های پایین مانند حالت فضای آزاد می باشد. این درحالی است که برای استوانه دارای ضریب دی الکتریک ۲۵/۲، آنتن باند فرکانسی بالای خود را در فضای آزاد از دست خواهد داد و به جای آن در فرکانس های پایین دارای دو باند می گردد.
شکل (۲-۳۰) : پارامتر برای آنتن هیلبرت سه بعدی معمولی در تکرار سوم در فضای آزاد و محیط دی الکتریک
۲-۵-۲ آنتن هیلبرت سه بعدی معکوس
یکی دیگر از ساختارهای هیلبرت سه بعدی، آنتن های هیلبرت معکوس می باشند، که نمای کلی آنها در شکل (۲-۳۱) نشان داده شده است. در این ساختارها بدلیل تقارن آنتن و قرار گرفتن محل تغذیه در مرکز، پترن تشعشعی این آنتن ها در مقایسه با آنتن های هیلبرت معمولی دارای کیفیت بهتری می باشد. نتایج حاصل از شبیه سازی این آنتن ها برای سه تکرار اول در شکل (۲-۳۲) نشان داده شده است. شکل (۲-۳۳) نیز پترن تشعشعی برای این آنتن در سه تکرار اول نشان می دهد. با توجه به این نتایج، گین بدست آمده برای این آنتن در سه تکرار اول به ترتیب برابر با و می باشد. که مقادیر بدست آمده بهبود گین این آنتن را در مقایسه با آنتن هیلبرت معمولی نشان می دهد.
همانگونه که در این بخش مشاهده کردید، با چند نمونه از آنتن های فرکتالی سه بعدی هیلبرت آشنا شدیم. نتایج بدست آمده در این بخش نشان می دهد که از این آنتن ها می توان برای کاربردهای چند بانده که نیاز به گین بیشتری می باشد استفاده نمود. مطمئناً به منظور افزایش پهنای باند امپدانسی و کاهش ابعاد این آنتن ها، نیاز به تغییرات بیشتری در این ساختارها می باشد. برای کسب اطلاعات بیشتر در این مورد می توان به مراجع ۲۹ و ۳۰ رجو ع کرد.
شکل (۲-۳۱) : آنتن هیلبرت سه بعدی معکوس در سه تکرار اول
شکل (۲-۳۲) : پارامتر برای آنتن هیلبرت سه بعدی معکوس در سه تکرار اول
شکل (۲-۳۳) : پترن تشعشعی برای آنتن هیلبرت معکوس در فرکانس GHz5، برای تکرار اول (a)، تکرار دوم (b) و تکرار سوم ©
فصل سوم
آنتن های مایکرو استریپ
۳-۱ مقدمه
در این فصل با آنتن های مایکرواستریپ ویژگی، عملکرد و میدان تشعشعی در این آنتن ها آشنا می شویم.
در ادامه روش های تغذیه آنتن مایکرو استریپ اشاره خواهیم کرد و سپس روش های کاهش ابعاد آنتن مایکرواستریپ را به طور جامع مورد بررسی قرار می گیرد.
۳-۲ تعریف آنتن های مایکرو استریپ
یک آنتن مایکرواستریپ، همان طور که در شکل(۳-۱) نشان داده شده است، شامل یک عایق است که در یک طرف آن، صفحه زمین و در طرف دیگر آن، صفحه تشعشعی قرارگرفته است که این صفحه تشعشع کننده هادی، شکل­های مختلفی می ­تواند داشته باشد ولی معمولا شکل­هایی مورد استفاده قرار می­گیرند که بتوان به راحتی مورد تحلیل قرار داد.
جنس هادی، معمولا مس و طلا انتخاب می­ شود و جنس لایه عایق معمولا به گونه ­ای باید باشد که میدان­های پراکندگی و تشعشع کننده از لبه­های آنتن بیشتر باشد، بنابراین ثابت دی­الکتریک باید تا حد امکان کم باشد[۱]-[۳] .
وقتی فرکانس سیگنال به فرکانس تشدید نزدیک می­ شود، دامنه جریان­های سطحی که روی هادی جریان پیدا می­ کنند اهمیت می­یابند و تشدید هنگامی اتفاق می­افتد که اندازه هادی به اندازه نصف طول موج برسد. رزوناتورهای مایکرواستریپ را می­توان به دو دسته اصلی طبقه بندی کرد که بستگی به نسبت طول به عرض آنتن­ها دارد.
رزوناتورهایی که هادی آنها باریک است دی پل مایکرواستریپ و رزوناتورهایی که پهن هستند پچ­های مایکرواستریپ نامیده می­شوند. توزیع جریان طولی هر دو نوع آنتن برای مدار اصلی زیاد است، بنابراین پترن و گین آنها مشابه می­باشد ولی مشخصات دیگر آنها می تواند با هم تفاوت داشته باشد (از قبیل امپدانس ورودی، لوب­های جانبی و پلاریزاسیون).
وقتی فرکانس سیگنال نزدیک فرکانس تشدید باشد، رزوناتور مایکرواستریپ، یک بیم گسترده در جهت لبه جانبی^[۲۴] نسبت به صفحه آنتن تشعشع می­ کند. قسمت عمده سیگنال ورودی در تشعشع شرکت می­ کند و بنابراین رزوناتور بصورت یک آنتن عمل می­ کند.
از آنجایی که بعد اصلی پچ باید به اندازه نصف طول موج باشد، بنابراین دایرکتیویته آن بسیار پایین است. مثلا یک دی­پل نصف طول موج، بطور معمول بین dB5 تا dB6 گین دارد و محدوده پهنای بیم dB3 آن از ۷۰ تا ۹۰ درجه می­باشد.
در بسیاری از کاربردهای مایکروویو نیاز به آنتن­هایی با دایرکتیویته بالا می­باشد که در نتیجه، بیم آنتن باید باریک باشد. در این­گونه موارد، یک پچ تنها مناسب نمی ­باشد بلکه باید از یک تعداد المان های تشعشع کننده مشخصی که به صورت آرایه پریودیک قرارگرفته­اند استفاده کرد و در این صورت دایرکتیویته افزایش خواهد یافت.
ولی در برخی کاربردهای دیگر از قبیل موبایل و مخابرات شخصی، نیاز به بیم وسیعی می­باشد که در این­گونه موارد یک پچ تنها مناسب می­باشد.
شکل (۳-۱) : ساختار آنتن مایکرواستریپ
۳-۳ ویژگی های آنتن های مایکرو استریپ
یک آنتن مایکرواستریپ از یک پچ فلزی تشعشع کننده یا آرایه ای از پچ­ها بر روی یک وجه سطح صاف و مسطح دی الکتریک نازک و غیرهادی با صفحه زمین در وجه دیگر تشکیل شده است.
پچ فلزی اغلب از ورقه بسیار نازک مسی و یا ورقه نازک مسی روکشدار با روکشی مقاوم در مقابل خوردگی مانند طلا، قلع و یا نیکل ساخته می­ شود. پچ در اشکال مختلف هندسی می ­تواند طراحی شود ولی عمدتاً به شکل مستطیلی و یا دایروی می باشد.
اصولاً زیر لایه دی الکتریک اساساً به منظور فراهم آوردن فضای مناسب و به عنوان نگهدارنده مکانیکی ما بین پچ و صفحه زمین به کار گرفته می شود. موادی با ثابت دی الکتریک بالا به عنوان زیر لایه برای گذاشتن پچ و کاهش اندازه آنتن به کار گرفته می­ شود.
خصوصاً برای کاربردهای آرایه ای بزرگ زیر لایه بایستی کمترین اتلاف جاگذاری با تانژانت تلفات کمتر از ۰۰۵/۰ را داشته باشد.
عموماً مواد به کار گرفته شده بعنوان زیر لایه بر حسب ثابت دی الکتریک خود به سه دسته تقسیم می شود:

• مواد با ثابت دی الکتریک rε در محدوده ۲ > rε > 1. موادی مانند هوا، فوم پلی­استرین یا دی الکتریک لانه زنبوری^[۲۵] در این دسته قرار می­گیرند.