بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله آنتن مایکرواستریپی دو بانده و فشرده برای کاربردهای WLAN ارائه شده است. آنتن ساختاری F شکل دارد که دو فرکانس رزونانس را برای کاربردهای WLAN تولید می کند. آنتن پیشنهادی فضای ٢mm١٩*٢٢ را اشغال می کند هنگامی که روی زیرلایه ٤FR چاﭖ میشود. نتایج شبیه سازی نشان میدهد که باند فرکانسی پایین دارای پهنای باند - MHz٢٧٠٠-٢٣٠٠MHz - ٤٠٠ است که به آسانی باند GHz٤٥/٢ را پوشش میدهد. فرکانس رزونانس بالاتر پهنای باند MHz - ٥٥٠٠-٤٩٥٠MHz - ٥٥٠ داردکه تقریبا سه برابر پهنای باند موردنیاز برای پوشش باند GHz٢٥/٥ میباشد. پترن های تشعشعی همه جهتی در دو باند مذکور به دست آمده است. تکنیک تغذیه ساده، ساختار فشرده، مسطح بدون از ویژگی های طراحی پیشنهادی است.
١- مقدمه
یکی از کاربردهای تکنولوﮊی بیسیم است که به منظور بهبود ظرفیت مخابراتی و برای رسیدن به دو باند فرکانسی GHz٥GH-٤/٢ در کاربرد WLAN استفاده از آنتنهای دو بانده توصیه میشود. استاداردهای WLAN شامل سیستمهای a/b/g ١١.٨٠٢ IEEE بودند. در ایالات متحده استانداردهای b/g١١.٨٠٢ برای محدوده فرکانسی از GHz - ٤٨٣٥.٤٢.٢ - استفاده شدهاند. در صورتی که استانداردهای a١١.٨٠٢ IEEE برای باندهای -١٥/٥ - GHz - ٨٢٥/٥-٧٢٥/٥ GHz,٣٥/٥ استفاده شدهاند. آنتنهای دو بانده که برای این منظور استفاده میشوند غالبا دو نوع هستند.
نوع اول طراحی آنتن با استفاده از دو رزوناتور میباشد که هر کدام از این رزوناتورها یک باند فرکانسی را تولید میکنند. نوع دوم آنتن با استفاده از ساختار چند مدی میباشد که با استفاده از چندین مد رزونانسی دو بانده فرکانسی ایجاد میشود. هر دو نوع آنتن ها دارای مزیتهای کم حجم بودن ، انعطافپذیری برای قرار گرفتن در سطحهای گوناگون، بازده بالا و قابلیت ساخت آسان میباشد استفاده فراوان از وسیله های بیسیم برای انتقال داده نیاز به آنتن هایی دارد که در فرکانس های WLAN کار میکنند. در ]١[ آنتن مونوپل دوگانه به شکل T برای کاربرد WLAN در فرکانس های GHz ٢/٥GH-٤/٢ با خط تغذیه مایکرواستریپی گزارش شده است.
در ]٢[ آنتن دیپل دو بانده به همراه شبکه تطبیق داخلی برای کابرد مشابه ارائه شده است. مولفان در ]٣[ آنتن دیپل دو بانده با ساختار حلزونی برای کاربرد WLAN گزارش کردهاند. در ]٤[ آنتن صفحه تخت دو بانده با المانهای پارازیتی برای کاربرد نوتبوک ارائه شده است. در ]٥[ آنتن پا پیونی به همراه المانهای مثلثی شکل برای کارهای مشابه ارائه شده است. در ]٦[ آنتن با ساختار فراکتالی برای دوکاربرد WLAN/WiMAX گزارش شده است. آنتن F-L معکوس مسطح با دو باند فرکانسی برای سیستمهای مخابراتی در محدوده کوتاه در ]٧[ ارائه شده است. در ]٨[ آنتن حلقوی چاپی با نوارهای قابل تنطیم برای کاربرد مشابه پیشنهاد شده است.
٢- طراحی آنتن
هندسه آنتن در شکل١ نشان داده شده است. آنتن روی زیر لایه ٤FR با ثابت دی الکتریک نسبی ٤/٤ و ضخامت ٦/١ میلیمتر چاﭖ شده است. ساختار مورد نظر شامل بخش تغذیه و تشعشع کننده F شکل است. ابعاد آنتن با نرم افزار بهینه شده است. آنتن در طول ١S و٢S تغذیه میشود. ابعاد صفحه زمین میتواند بر روی فرکانسهای رزونانس و پهنایباند در دو باند تاثیر بگذارد. بنابراین ابعاد صفحه زمین در تعیین پارامترهای مناسب آنتن برای طراحی پیشنهادی در نظر گرفته میشود. در اینجا عرض صفحه زمین برای طراحی mm٥/١٥ انتخاب شده است.
آنتن مورد نظر ابتدا برای کار در فرکانس GHz٤/٢ طراحی شده که ساختار به صورت L معکوس میباشد و طول کلی آن - - ABCDEFJ در حدود ربع طول موج فضای آزاد در فرکانس GHz٤/٢ است. نوار FGHI اضافه شده به ساختار L معکوس موجب دوبانده شده آنتن میشود. فرکانس رزونانس دوم مرتبط با نوار اضافه شده با طول کلی نوار HI و ارتفاع بالای صفه زمین IJ تعیین میشود که مساوی با ربع طول رزونانسی در GHz٢/٥ است.
چون نوار FGHI در مسیر توزیع جریان باند فرکانسی اول قرار دارد ممکن است اضافه شدن نوار مذکور بر روی باند اول تاثیر بگذارد به همین خاطر مکان بهینه بر روی آنتن به صورت شکل ١ میباشد. در این روش طراحی دو باند فرکانسی به طور مستقل از هم تعیین میشوند و این از ویژگی جذاب طراحی ارائه شده است. برای مثال اگر طول HI از نوار FGHI به mm٥/٣ کاهش یابد آنتن در باند GHz٨/٥ روونانس میکند بدون اینکه باند فرکانسی اول تغییر یابد. ابعاد جزئی آنتن در شکل ١ آمده است.
٣- بحث و نتایج
نتیجه تلفات بازگشتی - ١١ - S شبیه سازی شده برای آنتن طراحی شده در دوحالت L معکوس - تک بانده - و F شکل - دوبانده - در شکل ٢ نشان داده شده است. از روی شکل ٢ به طور واضح دیده میشود که در حالت F شکل - آنتن شکل ١ - آنتن دارای دو فرکانس رزونانس در باندهای GHz٤٥/٢ وGHz٢٦/٥ میباشد. باند رزونانسی پایینتر دارای پهنای باند MHz - ٢٧٠٠-٢٣٠٠MHz - ٤٠٠ است که تقریبا ٥ برابر پهنای باند مورد نیاز است. باند رزونانسی بالاتر پهنای باند MHz - ٥٥٠٠-٤٩٥٠MHz - ٥٥٠ دارد که تقریبا ٣ برابر پهنای باند مورد نیاز در باند GHz٢/٥ است.
تلفات بازگشتی به صورت تابعی از طول صفحه زمین KL در شکل ٣ نشان داده شده است. با توجه به شکل ٣ متوجه میشویم که فرکانس رزونانس در باند دوم با افزایش طول طول JI شده و در نتیجه طول رزونانسی مرتبط با GHz٢/٥ کاهش مییابد که کاهش طول رزونانسی منجر به افزایش فرکانس در باند دوم میشود. باند رزونانسی اول تقریبا بدون تغییر میماند. پهنای باند در دو باند کاری ثابت میماند.
اگرچه سطح تطبیق امپدانس در دو باند اندکی متاثر شده است. اثرات تغییر طول CD بر روی دو باند فرکانسی در جدول ١ نشان داده شده است. جدول نشان میدهد که با افزایش اندازه CD باند فرکانسی اول کاهش و باند فرکانسی دوم افزایش مییابد. بدیهی است با افزایش اندازه CD دو بازوی آنتن F شکل بر روی هم اثر کوپلینگ دارند که منجر به تغییر دو باند فرکانسی شده است.
پترن های تشعشعی نرمالیزه صفحات اساسیE وH در دو باند کاری در شکل ٤ نشان داده شده است که پترن هایی به صورت همه جهتی هستند و در نتیجه آنتن برای کاربرد WLAN مناسب میباشد. پترن تشعشعی در °٠Ф= را پترن صفحه اساسی E و پترن تشعشعی در º٩٠θ= پترن صفحه اساسیH مینامند. بهره ماکزیمم آنتن در دو باند کاری در شکل ٥ نشان داده شده است . از روی شکل مشخص است که آنتن در باند کاری اول بهره ماکزیمم بین dB٨/٢- و dB٢- دارد. در حالی که در باند کاری دوم بهره آنتن بین dB٤٥/٢ و dB١/٣ تغییر میکند.
