بخشی از مقاله
چکیده – آنتن مونوپل مسطح فشرده و دوبانده با قابلیت رزونانس در دو باند GHz٥-٤/٢ ارائه شده است. آنتن دارای ساختار ساده شامل نوار اصلی و نوار کوپلینگ است. آنتن ناحیه کوچک ٢mm٢٠*٦ را رو ی زیر لایه ٤FR اشغال می کند. اندازه کوچک آنتن موجب می شود که آنتن به آسانی در لبه بالایی از صفحه نمایشگر نوت بوک به عنوان آنتن داخلی قرار بگیرد. ابعاد آنتن در مقایسه با آنتن های موجود برای داخل نوت بوک بسیار کوچکتر است. پهنای باند آنتن در باند فرکانسی اول و دوم به ترتیب MHz١٨٠ و MHz١٠٠٠ است. پترن های تشعشعی همه جهتی در دو باند کاری به دست آمده است.
١- مقدمه
برای رسیدن به دو باند فرکانسی از WLAN -٥٧٢٥/٥٣٥٠-٥١٥٠/٢٤٨٤-٢٤٠٠GHz - ٤٥/٢ MHz - ٥٨٢٥ آنتن مونوپل T شکل، آنتن با المان پارازیتی، آنتن F معکوس چاپی در ]٥]-[١[ برای آنتن داخل نوت بوک گزارش شده است. این آنتنها در مجموع از دو نوار اصلی که طول هر کدام از ربع طول موج در فرکانس های GH٥GH-٤/٢ تشکیل شده است و معمولا طول کلی بیشتر از٣٠ میلیمتر است. اخیرا برای جا دادن آنتنها در فضای محدود داخل نوتبوک برای سیستمهای مخابراتی دیگر تقاضا برای کاهش اندازه در فرکانسهای GHz٥GH-٤/٢ زیاد شده است. برای این هدف ما آنتن مونوپل مسطح دو بانده که ناحیه بسیار کوچکی اشغال میکند را ارائه میدهیم.
٢- .طراحی آنتن
شکل ١ هندسه آنتن دو بانده پیشنهادی برای کار در باندهای GHz٥GH-٤/٢ برای کار در داخل نوتبوک را نشان میدهد. آنتن روی زیرلایه ٤FR با ثابت دی الکتریک نسبی ٤/٤ و ضخامت mm٨/٠ چاﭖ شده است. آنتن مورد نظر برای قرارگرفتن در لبه بالایی صفحه نمایشگر نوتبوک طراحی شده است. آنتن طول کوچک mm٢٠L= دارد که تقریبا در بین آنتنهای موجود برای نوت بوک خیلی کوچکتر است.
آنتن در نقطه c با صفحه زمین اتصال کوتاه شده است. برای صفحه زمین طول آنتن mm٢٠٠ و عرض mm١٤٠ انتخاب شده است که ابعاد منطقی برای نمایشگر نوت بوک است. آنتن از یک نوار اصلی و یک نوار کوپلینگ اتصال کوتاه شده تشکیل شده است. هر دو نوار به شکل L معکوس و روبروی هم قرار گرفتهاند. بین دو انتهای مدار باز نوارها شکاف کوپلینگ t وجود دارد که نقش مهمی در تحریک باندهای فرکانسی پایین و بالا دارد.
هنگام کار در فرکانسهای بالا در حدود GHz٥/٥ شکاف کوپلینگ به صورت مدار باز عمل کرده و بنابراین تنها نوار اصلی در تحریک باند بالا تاثیر دارد. طول نوار اصلی حدود mm١١ است که تقریبا متناظر با ربع طول موج در GHz٥/٥ است. برای کار در فرکانس های پایینتر در حدود GHz٤٤/٢ شکاف به صورت کوپلاﮊ خازنی عمل کرده و انرﮊی را از طریق نوار اصلی به نوار اتصال کوتاه شده کوپل می کند.
آنتن به صورت یک مونوپل اتصال کوتاه عمل میکند که طول آن شامل طول نوار اصلی، طول شکاف کوپلینگ و طول نوار اتصال کوتاه است. این طول حدود mm٣١ انتخاب شده که تقریبا ربع طول موج در فرکانس GHz٤٤/٢ است. ابعاد آنتن در شکل ١ نشان داده شده است. عرضهای افقی از نوارهای اصلی - ١ - W و کوپلینگ - ٢mm - W٢/٢ انتخاب شده است.
با افزایش ١W و ٢W کوپلاﮊ بهتری بین نوار اصلی و نوار اتصال کوتاه شده در باند فرکانسی GHz٤/٢ انتظار می رود. بنابراین پهنایباند با افزایش عرضها افزایش مییابد. اثرات پارامترهای اصلی آنتن ٢,W١t,W روی دو باند فرکانسی مطالعه شده است. به صورت مونو پل اتصال کوتاه عمل می کند. توزیع جریان سطحی در دو باند فرکانسی در شکل ٣ نشان داده شده است، که مبین دخالت نوارهای اصلی و کوپلینگ در تولید دو باند فرکانسی است.
٢-١- بحث و نتایج
آنتن با نرم افزار HFSS شبیه سازی شده که روش المان محدود را برای حل مسائل الکترومغناطیسی به کار می گیرد. شکل ٢ تلفات بازگشتی آنتن را نشان میدهد. از روی شکل مشخص است که آنتن در دو باند فرکانسی GHz٤/٢ و GHz٥/٥ با تطبیق امپدانس خوب رزونانس میکند. پهنای باند آنتن برای تلفات بازگشتی زیر dB١٠- برای باند فرکانسی اول MHz١٨٠ و برای باند دوم فرکانسی MHz١٠٠٠ میباشد. شکل ٢ همچنین نشان میدهد که بدون نوار کوپلینگ باند فرکانسی GHz٤/٢ نمیتواند تحریک شود. یعنی باند بالاتر آنتن اساسا به وسیله نوار اصلی به وجود میآید و با دخالت نوار کوپل شده باند فرکانسی پایین تر به وجود میآید.
یعنی برای باند بالاتر آنتن به صورت مونو پل L معکوس و برای باند پایینتر آنتن اثرات پارامترهای اصلی آنتن ٢,W١t,W روی دو باند فرکانسی مطالعه شده است. تلفات بازگشتی به صورت تابعی از طول شکاف کوپلینگ t در شکل ٤ نشان داده شده است که t از mm٣/٠ تا mm٢/١ تغییر میکند و پارامترهای دیگر مانند شکل١ بدون تغییر میمانند. تغییر طول t منجر به تغییر طول L میشود.
اثرات اصلی در باند پایین تر دیده میشود. با کوچکتر شدن t باند پایینتر به سمت فرکانس های پایینتر شیفت پیدا میکند که دلیل آن به خاطر کوچکتر بودن طول t است که منجر به کوپلاﮊ بهتر بین نوار اصلی و نوار کوپلینگ شده و یک طول موثر بزرگتر از طول نوار اصلی و نوار کوپل شده به وجود میآید. طول موثر بزرگتر به کاهش فرکانس رزونانس در باند فرکانسی GHz٤٤/٢ منجر می شود. چون طول t کوچکتر از mm٣/٠ در هنگام ساخت ممکن است دقت کافی نداشته باشد برای همین طول t کوچکتر از mm٣/٠ مورد توجه قرار نگرفته است.
شکل ٥ تلفات بازگشتی را به صورت تابعی از ١W نشان میدهد که از mm٢/١ تا mm٢/٤ تغییر میکند در حالی که mm٢/٢=٢W ثابت میماند. برای باند بالاتر پهنای باند تقریبا مشابه است اگر چه سطح تطبیق امپانس اندکی متاثر شده است. تاثیرات بیشتر در باند پایین تر دیده می شود. عرض ١W بایستی کوچکتر mm٢/٣ باشد تا به تطبیق خوب در دو باند برسیم.
نتایج شبیه سازی نشان می دهد که با افزایش عرض ٢W فرکانس رزونانس پایین تر به فرکانس های پایین تر شیفت پیدا می کند. عرض ٢W بزرگتر منجر به کوپلاﮊ بهتر بین نوار اصلی و نوار کوپلینگ شده و طول موثر بزرگتر از طول نوارهای اصلی و کوپلینگ به دست میآید و به همین دلیل فرکانس رزونانس در باند پایین تر کوچکتر میشود.
پترنهای تشعشعی نرمالیزه شده در دو باند کاری در شکل ٦ نشان داده شده است که تشعشع آن ها به صورت همه جهتی است که همه جهتی بودن پترنها آنتن را برای کاربرد نوت بوک مناسب میسازد. بهره ماکزیمم آنتن دردو باند در شکل ٧ رسم شده است. برای باند پایینتر بهره ماکزیمم بین دو مقدار dB٨ و dB١٨ تغییر میکند. بهره ماکزیمم در باند بالاتر بین dB٥/٨ و dB١١ تغییر میکند.
