بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله یک آنتن فراپهن باند با قابلیت پیکربندی مجدد برای حذف باندهای WLAN و WIMAX طراحی شده است. در این طراحی به وسیله ی زمین ناقص و برداشتن دو تکه از زمین و قسمت تشعشعی دایروی و اضافه کردن یک شاخه در بالای دایره به کاربرد فرا پهن باند دست پیدا کنیم و از طریق کم کردن دو اسلات دایروی و قرار دادن 3 PIN دیود در مسیر دایره ها توانستیم به کاربردهای مختلف از قبیل UWB و یا حذف کردن باندهای WIMAX یا WLAN به صورت سوئیچ بین آنها با قرار دادن PIN دیودها در حالتهای تعیین شده دست یابیم. ابعاد آنتن طراحی شده0,8×20×20 mm3 میباشد و در نتایج شبیهسازی افت بازگشتی خوب و VSWR مناسب و همچنین پترن تقریبا یکسان در محدودهی فرکانسی آنتن حاصل شده است.
کلمات کلیدی: فراپهن باند،پیکربندی مجدد،سوئیچ،دایروی
.1 مقدمه
پیشرفت ارتباطات بیسیم و درخواستهای فزاینده برای عملکردن دائمی فرکانس بالا، طیف رادیویی متراکم باعث هم پوشانی سیستمهای رادیویی مختلف گردیده است و این به دلیل تخصیص باندهای فرکانسی استاندارد می باشد. به دلیل تخصیص FCC هایی که در بین 3,1 و 10,6 گیگاهرتز گسترده شده اند داشتن پهنای باند وسیع در سیستم فراپهن باند - UWB - باعث ایجاد تداخل میشود. مثل سیستمهایی از قبیل شبکههای محلی بیسیم - WLAN - برای عملکرد در5,18 تا 5,825 گیگاهرتز و عملکرد وایمکس 3,4 تا 3,6 گیگاهرتز و C-band در 3,7 تا 4,2 گیگاهرتز است. از این رو آنتنهای فراپهن باند با عملکرد باند توقف stop band مورد استفاده است.
در نتیجه اخیرا چندین آنتن میکرواستریپ مونوپول و شکاف با ویژگی حذف باند ارائه شده است. هر چند این آنتنها دارای خاصیت حذف باند ثابت هستند و در بعضی حالتها هم هیچ دخالتی وجود ندارد آنها در استفاده از تمام باند فرکانسی فرا پهن باند ناتوان هستند. از این رو برای افزایش کارایی سیستم UWB آنتنهایی با ساختار پیکربندی مجدد که دارای ویژگی حذف باند سوئیچ پذیر میباشد مطلوب است.مزیت اصلی این نوع آنتنها این است که قادر هستند تا تمام طیف UWB را به کار بگیرند و وقتی که سیگنال مداخله گر در آنتن ظاهر میشود میتوانند مشخصات آن را تغییر بدهند به طوری که یک تابع حذف باند تولید کنند تا سیگنال مداخله گر را حذف کنند.
انواع مختلف سوییچهای RF مثل MESFET ها و RF MEMS ها و PIN دیودها میتوانند برای این سیستم قابل پیکربندی مجدد استفاده شود. هر کدام از این سوئیچها دارای مزایا و معایب مخصوص به خودشان هستند[1]، در[2] سیستم RF MEMS برای تشکیل آنتن مونوپل با ویژگی حذف باند سوئیچ پذیر به کار گرفته شده در حالی که در [3] از PIN دیود برای همین منظور استفاده شده است. آنتنهای با قابلیت پیکربندی مجدد با توابع حذف باند سوییچ پذیر قابل استفاده در سیستمهای رادیو شناختی و هوشمند هستند.[4] در این مقاله یک طراحی جدید از آنتهای میکرواستریپ فشرده با ویژگی حذف باند سوییچپذیر برای کاربرد فراپهن باند ارائه شده است که در آن سه عدد PIN دیود برای ساختار قابل تولید آن به کار گرفته شده است.
در مدل ارائه شده به جهت رسیدن به فراپهن باند از یک قسمت تشعشعی دایره ای با یک شاخه برای بهتر شدن مولفه S11 استفاده شده و همچنین از زمین ناقص برای افزایش تشعشع و دو اسلات برای بهبود مولفه S11 ایجا شده است.در نقاط نصب PIN دیود با قطع و وصل کردن PIN دیود با بستن و باز کردن مسیر جریان باعث حذف یا عدم حذف باند میشوند و حذف کردن فرکانسها قابل دسترس خواهند بود. و بدین وسیله میتوان باند های WLAN و WIMAXرا حذف کرد.
.2 طراحی و مشخصات آنتن
آنتن ارائه شده با پارامتر های طراحیاش در شکل 1 نشان داده شده است. که روی ساختار FR4 با ضخامت 0,8 mm و گذر پذیری الکتریکی 4,4 و تانژانت تلفات 0,0018 چاپ شده است. همانطور که در شکل 1 مشاهده میشود ساختار پایهای آنتن شامل یک شکاف دایرهای ساده با صفحه ی زمین شده و تغزیهی مایکرواستریپ میباشد.در طی مراحل طراحی آنتن میکرواستریپ UWB ساختار اولیه آنتن با تغییراتی مواجه میشود تا آنتن ویژگی رزونانسی را در محدوده فراپهن باند پیدا کند. و با ایجاد شکافها و حذفهای مناسب در قسمتهای فلزی باعث افزایش پهنای باند و رسیدن به فراپهن باند میشویم.همچنین ویژگی های اضافه شده مانند حذف باند با قرار دادن PIN دیودها در قسمتهای مناسبی از مسیر جریان به دست میآید.
در قدم بعدی باید پهنای شکاف ها را مشخص شد. پهنای شکاف تقریبا برابر 2 است در حالی که طول موج شکاف است. وابسته به بعضی پارامتر ها از قبیل پهنای شکاف ، ضخامت و ثابت های دی الکتریکی زیرلایه است که شکاف روی آن ایجاد شده است.[5] دو شکاف دایرهای شکل ایجاد شده روی آنتن یک مسیر جریان اضافی ایجاد میکند که باعث تغییر جهت شارش جریان سطحی در روی قسمت تشعشعی میشود که به عنوان یک رزوناتور در فرکانسهای حذف شده که باعث ایجاد حذف فرکانسی در پاسخ رزونانس میشود عمل میکند .[6] هر شکاف یک باند حذف را به کاراییهای آنتن اضافه میکند که در نتیجه یک آنتن فراپهن باند میکرواستریپ با تابع حذف باندی تولید می-کند.[5]نقش PIN دیود در این است که تشعشع آنتن در محدوده ی فراپهن باند سوئیچ شود و حذف باند ایجاد شود.[5] شکل اولیه این آنتن 0,8×20×20mm3 میباشد و با تغییر ابعاد به 0,8×18×20mm3 نتایج نسبتا تغییری نمیکند این در حالی است که این ابعاد به مراتب از آنتن ارائه شده در [7] کوچکتر است.این آنتن در ابعاد کوچک طراحی شده که ابعاد آنتن در جدول 1 آمده است.
.3 بررسی و بحث
در این بخش نتایج عددی مانند افت بازگشتی، VSWR و ویژگی های تابش ارائه شده است. نتایج شبیه سازی به وسیلهی نرم افزار HFSS به دست آمده است. شکل 2 نمودار افت بازگشتی آنتن برای سه حالت مختلف بایاس دیود ها را نشان میدهد. مطابق نتایج نشان داده شده در شکل 2، نتایج آنتن سه حالت فرکانسی به ازای حالات مختلف دیودها نشان میدهد.
