بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله ساختار یک آنتن ماکرواستریپ تک قطبی فشرده با پهنای باند وسیع همراه با صفحهی زمینی اصلاح شده، مناسب برای به کارگیری در خودروهای مدرن ارائه شده است. آنتن طراحی شده، طیف فرکانس3/0-9/01گیگا هرتز با VSWR1 2 را پوشش میدهد و همچنین عملکرد حذف باند فرکانسی در بازه 5-6 گیگاهرتز از خود نشان می دهد. علاوه بر این، یک آنتن دو پورتی چند-ورودی چند-خروجی - MIMO2 - سادهای طراحی و شبیه سازی شده است که نمودار ایزولیشن و تلفات بازگشتی آن ارزیابی شده است.
.1 مقدمه
بدلیل پیشرفت سریع در تکنولوژیهای ارتباطات بیسیم، خودروهای مدرن با بسیاری از سیستمهای اطلاعاتی و ارتباطاتی مجهز شدهاند. هدف ارائهی خدمات پیشرفته به راننده خودرو مجهز به این سیستم ها در طول حرکت است. غالبا حرکت سریع وسایل مسافربری، باعث اختلالات شدید در نرخ دادهها و کیفیت ارتباط میشود که بدلیل انتشار چندمسیره و تبادل کنترل سلول تکراری میباشد.[1]
این مشکل توسط سرعت وسیله و اندازهی سلول ایجاد میشود.[1] سیستمهای معمولی با باند باریک ممکن است تحت چنین اتفاقی بشکنند چون عملکرد این سیستمهای ارتباطاتی نسبت به فرستنده و مکانهای گیرنده بشدت حساس است.[1] بنابراین، برای غلبه بر اثرات تحرک و بدست آوردن بالاترین نرخ دادهها، اتومبیلهای مدرن از تکنولوژی فراپهن باند و روشهای MIMO استفاده میکنند.[2-3]
یکپارچگی MIMO با فراپهن باند استحکام سیستم ارتباطاتی را بیشتر افزایش میدهد. تکنولوژی فراپهن باند همچنین برای ارتباطات داخل خودرویی اختصاص یافته است چون بدنهی فلزی و حضور بار مسافران منجر به ویژگیهای انتشاری پیچیدهای میشود. تکنولوژی فرا پهن باند قادر به مدیریت این چالشها برای قابلیت اطمینانپذیری سیستمهای بیسیم است.[2]
برخی از کاربردهای بالقوهی فرا پهن باند شامل ارتباطات سیار با سرعت بالا، ارتباط شبکهایحساس داخل خودرویی، تعیین مکان خودرو و ردیابی با قدرت تفکیک مکانی بالا، خدمات اورژانسی و کمکهای کنار جاده هستند-2] .[1 آنتنها بخش جدا ناپذیر هر سیستم ارتباطی هستند. در اتومبیلها، تعداد آنتنهای نصب شده، با افزایش میزان خدمات پیشنهادی توسط سازندگان خودرو، افزایش مییابد والبته هنگام استفاده از سیستم MIMO این افزایش آنتن ها بیش از پیش خواهد بود. بنابراین، آنتنهای فشردهای که در طیف فرکانس وسیعی کار میکنند، مورد استقبال طراحان آنتن خودرو قرار می گیرند.
برخی از این آنتنها از هندسهی پیچیده[4-5]، اندازهی بزرگ [5-10] و برخی نیز از سلول-های واحد تفکیک شده جهت بهبود جداسازی استفاده میکنند.[12-16][9-11]در مقاله های مرجع آنتن های مورد استفاده دارای پهنای باند کمتر و همچنین بدون حذف باند تداخلی WLAN بوده است در این مقاله با ایجاد تغییرات در روی زمین باعث بهبود پهنای باند و حذف باند تداخلی برای آنتن مورد نظر شده است.[17]
در این مقاله، آنتن فراپهن باند تک قطبی فشرده برای ارتباطات خودرو ارائه شده است. پچ آنتن پیشنهادی دارای هندسهی ترکیبی است و با استفاده از نیمی حلقهی دایرهای و نیمی حلقهی مربعی ساخته شده است. صفحهی زمین تشعشعی جهت بهبود پهنای باند انحنا دار و ناقص می با شد . یک استاب طولی به زمین در جهت ا فزایش بیشتر پهنای باند اضافه شده است تا متناسب با نیازهای خودروهای مدرن باشد.
همچنین شکاف حلقه تشعشعی - - Split-Ring Resonator به صفحه زمین اضافه گردیده است که باعث حذف باند فرکانسیWLAN است. در آخر آنتن MIMO فرا پهن باند با استفاده از هندسهی آنتن پیشنهادی که جداسازی ذاتی بالایی دارد، شبیه سازی شده است.بخش دوم این مقاله، طراحی و تکامل آنتن ونمودارهای شبیهسازی شده و ویژگیهای تابشی را ارائه می کنند. و در بخش سوم عملکرد آنتن دو پورتی MIMO را ارائه میشود. و در بخش چهارم نتیجه گیری شرح داده شده است.
.2طراحی انتن
هندسهی آنتن تکقطبی فراپهن باند پیشنهادی در شکل 1 نشان داده شده است. هندسهی جلویی آنتن، شبه دایرهای است که بعنوان یک المان تشعشعی عمل میکند و این آنتن از صفحهی زمینی اصلاح شدهای جهت افزایش پهنای باند در پشت آنتن بهره میبرد. بخشهای رسانای آنتن روی زیرلایهی FR4 به ضخامت 0/8mmبا ثابت دیالکتریک 4/4 و تانژانت تلفات 0/02 شبیه سازی شده است. آنتن پیشنهادی دارای حجم کوچکی به ابعاد24×16×0/8mm است.
تکامل آنتن فراپهن باند پیشنهادی در شکل3 نشان داده می شود در ابتدا انتن دارای پچ است که از ترکیب نیمی دایره و نیمی مربعی تشکیل شده و دارای صفحه زمین ناقص به شکل مستطیل است که در شکل3-1 نشان داده شده است که پهنای باند خوبی ندارد و دارایVSWR 3 است [15] در مرحله بعد چون بیشتر جریان از لبهها عبور میکند در نتیجه، یک هندسهی ترکیبی متشکل از حلقه نیمدایرهای با شعاع داخلی R و شعاع بیرونی R+d و حلقهی نیم مربعی به ضلع l و عرضw=l/2 است که در شکل 3-2 نشان داده شده ، که این آنتن در محدوده فرکانسی وسیع با VSWR 3، تطبیق امپدانسی از خود نشان می دهد.[15]
با اضافه کردن یک خمیدگی در صفحه زمین در زیر پچ ، عملکرد امپدانسی بهبود می یابد. شعاع انحناء با شعاع بیرونی پچ در بالای آن منطبق است. این انحناء، کل پهنای باندرا افزایش میدهد که در آن جریان برگشتی عبور میکند که در نهایت منجر به افزایش اثر القایی میشود. علاوه بر این، شکاف نیم دایرهای باریکی با شعاع داخلی r و شعاع بیرونی,r+r روی صفحهی زمینی ایجاد شده است .
با قرار دادن شکاف، اثر القایی افزایش مییابد که ضریب Q را کاهش میدهد که منجر به افزایش بیشتر پهنای باند امپدانس میشود. جهت مشاهدهی مشخصات فراپهن باند، یک استاب به طول / /-g+s و به عرض t به صفحهی زمین اضافه شده است .در همهی این موارد، طول بهینهی صفحهی زمین11mmدر نظر گرفته شده تا تطبیق امپدانسی و الگوی چندسویی خوبی در کل فراپهن باند حاصل شود. آنتن پهنای باند معادل 7/8 گیگاهرتز از خود نشان میدهد که از 1/3-10/9 گیگاهرتز با VSWR 2 پوشش می دهد .که در شکل 3-3 نشان داده شده است.[17]
آنتن نهایی که در شکل3-4 ارائه می شود برای اینکه بتوانیم یک حذف باند فرکانسی داشته باشیم. یک المان شکاف حلقه تشعشعی - Split-Ring Resonator - یا به زبان ساده تر یک رزوناتورایجاد می کنیم وآن به قسمتی از زمین که دارای انحناد است متصل می شود. این المان شکاف حلقه تشعشعی دارای سه حلقه تو در تو است ، فاصله شکاف حلقه تشعشعی در شکل 2 با f و c نمایش داده شده که این فاصله0/2mm است که کم زیاد شدن این فاصله تاثیر زیادی در خذف باند فرکانسی دارد. [18-19]
