بخشی از مقاله
چکیده
آنتن های یاگی یودا1 یکی از نمونه آنتن هایی است که به دلیل ساختار ساده و سادگی ساخت و ارزان بودن و بهره باال کاربرد های فراوانی در ارتباطات و پخش رادیویی دارند که نمونه آشنای آن استفاده برای دریافت شبکه های تلویزیونی می باشد.به دلیل ساختار تشدیدی، این آنتن ها از پهنای باند زیاد برخوردار نیستند.ما دراین مقاله با ارائه ساختار جدیدی برای بخش تغذیه و باالن آنتن توانستیم به پهنای باند قابل توجهی در باندهای مختلف ارتباطیشامل GNSS WiMax , WIFI ,WLAN , GSM900 ,GPSحداکثر تا 400 مگاهرتز با مقدار VSWR<2برسیم و عالوه بر این با تغییر در آرایش و اندازه راهنما2ها و بازتابنده3بهره خوبی از این آنتن به اندازه 15dB دریافت کنیم.
کلمات کلیدی– یاگی یودا، پهن باند، تغذیه ، باالن4
-1 مقدمه
آنتن های آرایه ای را می توان برای افزایش سمتگرایی بکار برد بطور معمول در این آنتن ها تمامی عناصر به شبکه تغذیه متصل هستند، اما دربرخی از این آرایه ها، تنها چند عنصر به شبکه تغذیه متصل می شوند که باعث سادگی شبکه تغذیه می گردد به یک چنین آرایه ای آرایه های انگلی5می گویند یک آرایه انگلی شامل دوقطبی های موازی موسوم به یک آنتن یاگی می باشد.این آنتن ها به دلیل سادگی و بهره باالیشان بسیار متداول هستند.تحقیقات اولیه روی آنتن یاگی یودا توسط شینتارو یودا در دانشگاه توهوکو در سندائی ژاپن در سال 1926صورت گرفت که بعدها یاگی به عنوان استاد یودا در سال 1928 تحقیقات یودا را در یک مقاله انگلیسیمنتشر کرد.[1]
یک آنتن یاگی از سه عنصر اصلی تشکیل شده است .عنصر تحریک شده که به صورت دایپل های نیم موج تشدیدی که انگلهایی را به آرایه اضافه می کنیم .اگر این انگل بلندتر از وادارنده6 باشد به اسم بازتابنده واگر کوتاهتر باشد به اسم راهنما شناخته می شود.معموال بازتابنده 5درصد یا بیشتر بلندتر و راهنما 5 درصد یا بیشتر کوتاهتر از طول تشدیدی وادارنده انتخاب می شوند.مطالعات نظری و کارهای تجربی وسیعی برای تعمیم آرایه یاگی سه عنصری انجام شده است که دریافته اند تعداد بیشتر از یک بازتابنده بهبود کمی در سمتگرایی به دست می دهد اما افزودن راهنماهای بیشتر بهره را می افزاید که با افزایش راهنماهای نخست، افزایش بهره بیشتر
وهرچه این راهنماها از وادارنده دورتر، افزایش بهره ی کمتری نصیب آرایه می کنند.معموال چندین دوقطبی تاشده با تغذیه سری را به عنوان عناصر وادارنده همراه با یک بازتابنده وچندین راهنما به کارمی برند که عملکرد آنتن را در پهنای باند وسیعتر پایدار می کند.[2,3]ما در اینجا ساختار جدیدی برای عناصر وادارنده در باندهای ارتباطی متفاوت ارائه کردیم که با ساختار باالن مناسب آنتن[6]،طبق شکل زیر وتحلیل نمونه، باعث ایجاد پهنای باند بیشتر و پایداری آنتن، طراحی بازتابنده ی پنجره ای باعث کاهش لوب پشتی و راهنماهای بیشتر با فواصل بهینه شده باعث افزایش بهره آنتن شده است.
-2 طراحی و آرایش آنتن شکل 1 نمایش دهنده ساختار کلی آنتن های مورد طراحی می باشد طراحی برای سه باند مختلف به ترتیب ، آنتن 1 در باند 0.8-1.05GHz برای استفاده [8]GSM900، آنتن 2 در باند فرکانسی 1.4-1.75GHz برای کاربرد [8] GPS,GNSS,Galileo،و آنتن 3 نیز در باند فرکانسی-2.32.7GHz برای کابرد WIFI ,WLAN ,WiMax انجام شده[4,5,7] کهاندازه هر بخش با توجه به باند طراحی و شکل 2 در جدول 1 گذاشته شده است.جدول - 1اندازه پارامترهای نشان داده شده در شکل 3 برای سه آنتن مورد طراحی در ساختار آنتن ، مفتول هایی از جنس برنج و آلومینیم استفاده شده که بعد از ساخت با پوشش آلوداین و کروم پوشیده می شوند ، مفتول های استفاده شده اندازه هایی با قطر 4mm و 5mm در ساختار بازتابنده و وادارنده شروع شده و قطر 8mm و 15mmو20mm نیز در ساختار راهنماها می باشند.فاصله ی بین میله های برنجی در ساختار بازتابنده ، وادارنده و راهنماها به تفکیک فرکانس طراحی درجدول 1 آورده شده است.
این میله ها نیز ابتدا به هم پیچ شده و سپس توسط جوش الکتریکی محکم گردیده اند.فاصله بین دو میله اصلی قسمت باالن آنتن که بصورت موازی قرار دارند و میله های دایپل های آنتن که بر روی آن نصب شده است نیز از اهمیت باالیی برخوردار است که در صورت کم یا زیاد شدن آن پارامتر VSWR آنتن به شدت دچار تغییرات می شود فلذا باید اندازه نهایی با بهینه سازی آنتن بدست آید که ابعاد بدست آمده در جدول 1 آورده شده است.تغذیه آنتن نیز از طریق اتصال یک کابل کواکسیال Regid 2.5mm انجام شده که در بخش ساخت مقاله با شکل 13 نمایش داده شده است، بدین طریق که مغزی کابل را به یکی از میله های موازی باالن که مکان آن بین دایپل اول و دوم از سمت بازتابنده و شیلد کابل به میله موازی دیگر که سوراخ آن هم راستا با سوراخ دیگر است، متصل می گردد.
بازتابنده هم به صورت پنجره ای از 5میله با اندازه های یکسان که از طریق دومیله دیگر که به صورت عمود در باال و پایین آن می باشد به هم متصل گردیده اند.طبق شکل 4 بازتابنده از طریق میله وسط خود ، یکی به میله موازی باال و دیگری به میله موازی پایین متصل و جوش می شود.بخش وادارنده ی آنتن که نسبت به آنتن های یاگی دیگر از چند دایپل موازی با اندازه های متفاوت وفواصل یکسان از هم قرار دارند تشکیل شده که نیمی از هر یک از دایپل ها به میله موازی باال و نیمی دیگر به میله موازی پایین متصل و جوش شده اند.راهنماها نیز که از 9 میله موازی و عمود بر میله نگهدارنده با اندازه های متفاوت در فواصل بهینه چیده و جوش شده اند تشکیل و به بخش وادارنده از طریق پیچ متصل می شوند.
-3 نتایج شبیه سازی و تحلیل آنتن
نمونه های طراحی شده در نرم افزار CST2017 شبیه سازی و مورد تحلیل قرار گرفت .شکل 5 جریان سطحی روی آنتن ها را نشان می دهد که چگونگی ایجاد آن از تغذیه آنتن وجاری شدن درمحیط دایپل ها وحرکت به سمت راهنماها و تشعشع آن را نمایش می دهد.شکل7و8و9 نمودار قطبی الگوی تشعشعی آنتنهای1و2و3 را در 3فرکانس متفاوت در باند فرکانسی مربوط به آن، هر کدام در دو صفحه E وH را نشان می دهد.
