بخشی از مقاله
چكيده
در اين مقاله مشخصات و طراحي آنتن پهن باند با باند حذف ارائه شده است. بر اساس دو روش معرفي شده مي توان محدوده باند حذف را بر حسب نياز تغيير داد كه اين يك ويژگي منحصر بفرد براي آنتن پهن باند محسوب مي شود. بر اساس نتايج شبيه سازي، پهناي باند مطلوب ارائه شده توسط اين آنتن ١١-٣/٣ گيگاهرتز است. تمامي شبيه سازي ها در محيط نرم افزاري HFSS انجام شده است.
كليد واژه- آنتن پهن باند، باند حذف.
١- مقدمه
امروزه پيشرفت ها در زمينه آنتن هاي پهن باند بيشتر از ساير زمينه هاي مايكروويوي به چشم مي خورد؛ و اين بدليل كاربردهاي بسيار زيادي است كه اين آنتن ها در زمينه هاي مختلف براي بشر امروزي به ارمغان آورده است. سازمان US-FCC در سال ٢٠٠٢ باند فركانسي ٦ /١٠-١/٣ گيگاهرتز را به عنوان باند كاري استاندارد تعيين كرد. اين كميته از اين باند براي رادار، رديابي رادار و هم چنين انتقال ديتا استفاده مي كند ]١و ٣.[طراحي آنتن هاي پهن باند محدوديت هاي قابل توجهي دارد. در ناحيه پهن باند معرفي شده، آنتن بيشتر شبيه فيلتر ميان گذر عمل مي كند. هرگونه عملكرد نوساني غير ايده آل آنتن، اعوجاج سيگنال را به دنبال خواهد داشت؛ و از اين رو بطور جدي بر عملكرد آنتن تأثير منفي خواهد داشت ]٤.[
با اين وجود علاوه بر اينكه طراحي آنتن هايي كه در اين باند كارايي خوبي دارند مهم جلوه مي دهد، طراحي آنتن هايي كه مي توانند قسمتي از اين باند را حذف كنند نيز بسيار حائز اهميت است. با بوجود آمدن اين امكان براي يك آنتن كه بتواند قسمتي از يك باند را حذف كند، مي توان قسمتي از باند را كه ترافيك زيادي در آن وجود دارد حذفكرده و كارايي بسيار مطلوب تري داشت. اين آنتن ها نقش بسزايي در كيفيت ارسال و دريافت ديتا از جمله كاهش چشمگير تداخل دارا مي باشند. روش هاي مختلفي براي حذف قسمتي از باند وجود دارد؛ از جمله ايجاد شيار روي صفحه آنتن - شيار مستطيلي، شيار U شكل، شيار كمانه اي و ... - ، ايجاد شكاف روي صفحه آنتن يا تغيير چند مورد از ابعاد تكه صفحه هاي آنتن]١و ٢.[
در اين نوشتار آنتن پهن باند با باند حذف قابل انتخاب معرفي شده است. پهناي باند با معيار زير ١٠ دسي بل افت بازگشتي اين آنتن ١١ -٣/٣ گيگاهرتز است. هم چنين دو روش براي تغيير محل باند حذف پيشنهاد شده است. براي افزايش پهناي باند آنتن قسمت انتهايي صفحه تشعشعي آن بصورت قوسي شكل طراحي شده و هم چنين توسط يك روزنه صفحه تشعشعي آنتن به صفحه زمين آن اتصال يافته است. در كل ابعاد فيزيكي آنتن طراحي شده ٣٠×١٨×٧٦/٠ برحسب ميلي متر است.در بخش٢ مقاله ويژگي هاي فيزيكي و هندسي آنتن تشريح شده است. بخش ٣ و ٤ به نحوه طراحي و تعيين مشخصه مطلوب آنتن مي پردازد و هم چنين نتايج شبيه سازي ها ارائه مي شوند. در بخش٥ نيز يك نتيجه گيري از اين طراحي بيان شده است.
٢- ساختار آنتن
شكل١ شماتيك آنتن و ابعاد آن را نشان مي دهد كه شامل يك صفحه تشعشعي مستطيلي شكل قوس داده شده است. هم چنين ابعاد خط تغذيه متصل به آن طوري در نظر گرفته شده كه داراي ساختار تغذيه با امپدانس ٥٠ اهم باشد] ١، ٣و ٦ .[ تغيير صفحه تشعشعي آنتن به شكل قوسي نقش بسزايي در افزايش پهناي باند و هم چنين افزايش ميزان افت بازگشتي داراست. نتايج تحقيقاتي در زمينه هاي مايكروويوي نشان مي دهد هر چقدر شكل دهي آنتن بصورت انحنا صورت گرفته و از پله اي بودن امتنا گردد، مدهاي انتشاري بالا بوجود نيامده و موجب كاهش افت بازگشتي مي شود]٥.[ از اين رو هم صفحه تشعشعي بصورت قوسي طراحي شده و هم محل اتصال خط تغذيه به اين صفحه بصورت انحناي نرم طراحي شده است كه نتايج شبيه سازي حاكي از بهبود افت بازگشتي با اعمال اين ويژگي به آنتن است.
صفحه زمين آنتن نيز با دارا بودن ويژگي هاي مثبت ذكر شده بصورت قوسي شكل طراحي شده است. توسط يك روزنه صفحه تشعشعي به صفحه زمين اتصال داده شده است؛ كه اين عمل با ايجاد كوپلينگ خازني نقش زيادي در رفتار آنتن دارد. در اين شرايط صفحه زمين آنتن نيز تشعشع كرده و هرگونه تغيير توزيع جريان روي آن مستقيما بر مشخصه تشعشعي آنتن تأثير گذار خواهد بود]١.[فوقاني و صفحه زمين در بخش تحتاني زيرلايه قرار داده شده است. آنتن پهن باند با ابعاد زير در نظر گرفته شده است. طول آنتن ٣٠L= ميلي متر، عرض آنتن ١٨W= ميلي متر، طول خط تغذيه ٤/١٤l2= ميلي متر ، عرض خط تغذيه ٤/١wf = ميلي متر،٤/١٤l1= ميلي متر و ٢/١g= ميلي متر.زيرلايه در نظر گرفته شده براي آنتن FR4 با ضخامت ٧٦/٠ ميلي متر و ٤/٤εr= مي باشد.
٣- طراحي آنتن و تغيير مشخصه آن با تغيير شعاع روزنه
در طراحي اين گونه آنتن ها مطلوب است باند حذف قابل تعيين باشد. در مرجع]١[ تغيير باند حذف با تغيير دو پارامتر مربوط به ابعاد يك تكه از صفحه زمين صورت گرفته است؛ در حالي كه در اين طراحي اين عمل فقط با تغيير يك پارامتر و آن هم شعاع روزنه اتصال دهنده صفحه تشعشعي به صفحه زمين صورت مي گيرد.شكل٢ نتايج شبيه سازي آنتن با تغيير شعاع روزنه را نشان مي دهد؛ كه افت بازگشتي آنتن بازاي ٧/٠, ... ٤/٠,٣/٠r= ميلي متر رسم شده است. و ملاحظه مي گردد با انتخاب مناسب r مي توان به سادگي باند حذف را انتخاب نمود. در جدول١ مشخصه باند حذف بازاي شعاع هاي مختلف اعمالي در شبيه سازي براي روزنه آورده شده است.با توجه به اينكه محل قرار گيري وايا بيشترين تاثير را در تطبيق امپدانس خط تغذيه و آنتن دارد، تغيير شعاع آن در فركانس هاي مختلف موجب تاثير در توزيع جريان در روي سطح آنتن شده و در باند حذف منجر به اتصال كوتاه شدن جريان روي سطح پچ و عدم تطبيق امپدانس و در نتيجه افت بازگشتي نا مطلوب مي شود.
٤- شكل دهي صفحه زمين جهت تغيير باند حذف
در بخش ٣ ملاحظه گرديد كه تغيير شعاع روزنه باعث تغيير در محل باند حذف و پهناي آن مي شود. براي كنترل باند حذف علاوه بر تغيير شعاع روزنه مي توان از تغيير شعاع تكه گسسته صفحه زمين آنتن كه در شكل١ با r' نشان داده شده است نيز بهره برد. نتايج شبيه سازي افت بازگشتي آنتن با تغيير شعاع صفحه زمين بازاي ٨, ... ٣,٢r'= ميلي متر در شكل٣ رسم شده است.شكل ٤ توزيع جريان روي سطح آنتن را براي ٥r'= ميلي متر در فركانس ٥/٤ گيگاهرتز - باند حذف - نشان مي دهد. همانطور كه از شكل مشخص است، در اين فركانس وايا باعث اتصال كوتاه شدن جريان به سمت المان پارازيتي واقع در قسمت پشت آنتن مي شود. در حقيقت افزايش شعاع المان پارازيتي در كنار زمين آنتن به شكل نيم دايره روي تطبيق امپدانس آنتن تاثير گذاشته است.
٥- نتيجهگيري
در اين پژوهش دو روش براي تغيير باند حذف پيشنهاد شد كه هر دوي آنها فقط با تغيير يك پارامتر روي آنتن صورت مي گيرد؛ در حالي كه در مرجعي كه اين آنتن پهن باند معرفي شده است]١[، براي تغيير باند حذف از تغيير دو پارامتر استفاده شده است. براي بهبود دقت كار در اين طراحي نيز مي توان با تغيير توأم r و r' به نتايج بهتري رسيد.
