بخشی از مقاله
چکیده
رشد سریع و روز افزون صنایع مخابراتی و به دنبال آن نیاز سیستم ها به آنتن های فراپهن باند، حوزه جدیدی از تحقیق و پژوهش را برای پژوهشگران ایجاد کرده است. آنتن طراحی شده برای مخابرات باند وسیع باید دارای ابعاد کوچک، پترن همه جهته، بهره مناسب و تلفات برگشتی خوب باشد. در این مقاله یک آنتن آرایهای مایکرواستریپی پهن باند با دو تغذیهی مجزا - با قابلیت استفاده در باند فرکانسی بین 2,4 گیگاهرتز تا 11,6 گیگاهرتز - طراحی و شبیه سازی شده است.
برای کاهش ابعاد آنتن و همچنین کاهش اثر متقابل دو آنتن روی یکدیگر - کاهش 21 و - 12بین دو آنتن را وایا گذاری کردهام. زیر لایهی آنتن از جنس FR4 است. همان گونه که نتایج شبیه سازی نشان میدهد آنتن دارای تلفات بازگشتی مناسب در کل باند فرکانسی است و دارای دو پلاریزاسیون خطی و دایروی به صورت همزمان است. برای شبیه سازی آنتن مذکور از نرمافزار - Ansoft HFSS - High Frequency Structure Simulator استفاده شده است.
دلیل انتقال سریع اطلاعات و ابعاد کوچک و هزینه پایین بسیار مهم میباشند، به اضافه اینکه داشتن پهنای باند گسترده یکی از ویژگی های سیستم
مقدمه
در سال های اخیر پس از تصویب قوانین توسط کمیته فدرال مخابرات آمریکا - FCC - برای استفاده تجاری از طیف فراپهن باند به دلیل توسعه سریع تکنولوژی فراپهن باند برای استفاده در سیستم های بدون سیم، آنتن های فراپهن باند توجه بسیاری از محققان در سراسر جهان را به خود جذب کرده است. آنتن های مایکرواستریپ با ساختار هندسی فراکتال، شبه فراکتال و ساختار های ساده از جمله بیضی، حلقه، مربع، مستطیل و .... بهترین گزینه برای رفع نیاز سیستم های فراپهن باند هستند. آنتنهای UWB به فراپهنباند است. با پیشرفتهای فراوانی که در زمینه نیمه هادیها انجام گرفته موجب کاربرد بیشتر آنتنهای مسطح گردیده است. اما مسئله مهم دیگری در کاربرد بیشتر آنتنهای مسطح نقش داشته و آن سادگی ساخت، طراحی و ارزانی آن و سهولت بررسی
الگوی تابشی آن میباشد. سادگی آنتنهای مسطح و سهولت در دسترسی به بازه های فرکانسی مورد نظر باعث گردیده است که پژوهشگران بسیاری در این زمینه به فعالیت پرداخته و در جهت بهبود عملکرد آن برآیند. اما نوع نیمه هادی بکار رفته در این آنتنها و نوع ایجاد شکاف بر روی قسمتهای مختلف آن با شکلهای گوناگون و متنوع سبب شده با وجود گذشت سالهای طولانی از انواع اولیه آن هنوز برای رسیدن به روشهای طراحی و بهینه سازی آنها تلاش شود. در این مقاله آنتن میکرواستریپ آرایهای با دو تغذیهی میکرواستریپ و دو پلاریزاسیون خطی و دایروی ارایه شده است. آنتن مذکور دارای پهنای باند وسیع مابین 2 ,4 گیگاهرتز تا 11,6 گیگاهرتز است. این آنتن باند های فرکانسی بلوتوث و LTE 2700 را نیز علاوه بر باند فرکانسی UWB پوشش میدهد.
طراحی آنتن
ساختار هندسی آنتن پیشنهادی در شکل 1 و ابعاد پارامترهای بهینه شده در جدول 1 مشخص هستند. آنتن شبیه سازی شده در این مقاله دارای دو پتچ تشعشعی کاملا مشابه تشکیل شده که توسط دو خط تغذیهی میکرواستریپ با امپدانس 50 اهم تغذیه میشوند. برای کاهش اثر متقابل دو پتچ روی یکدیگر - S12 و - S21 بین دو پتچ تعدادی وایا با شعاع 0,3 میلیمتر. پتچ تشعشعی و زمین مدار از جنس مس هستند. وایاها نیز با مس پر شدهاند. جنس زیرلایه نیز FR4 است با ضریب گذردهی 4,3 و تانژانت تلفات 0,02 و ضخامت 1,6 میلیمتر. .
نتایج شبیه سازی و اندازه گیری شده :
برای آن که مشخصات کاری آنتن بدست آید، تاثیر تغییر در پارامترهای کلیدی طراحی را بایستی بر روی ضریب انعکاس ورودی یا همان تلفات بازگشتی مورد اندازه گیری قرار گیرد; در شکل 2 نمودار S11 نشان داده شده است و در شکل3 نمودار S21 نمایش داده شده است و نمودار VSWR نیز در شکل4 نمایش داده شده است. همانطور که این نمودارها نشان میدهند آنتن مذکور قابلیت استفاده در باند فرکانسی بین 2,4 گیگاهرتز تا 11,6 گیگاهرتز را دارد. در شکل5 پترن آنتن در دو صفحهی E-Plane و H-Plane در فرکانس 3,4 گیگاهرتز نشان داده شده است و پترن در فرکانس 8,8 گیگاهرتز نیز در شکل6 نمایش داده شده است. همانطور که نمودار Axial Ratio در شکل 7 نشان میدهد این آنتن دارای دو پلاریزاسیون خطی و دایروی است.
