بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله یک ساختار تشدیدی شامل حلقه شکاف دار جدید معرفی می شود. فراماده omega SRR بعنوان رولایه، بر روی آنتن پچ قرار میگیرد . نشان داده شده است که حول فرکانس تشدید ساختارomega SRR ، ضریب نفوذ مغناطیسی - μ - و ضریب گذردهی الکتریکی - - هر دو منفی هستند. ساختار تشدیدی شامل حلقه شکاف دار omega SRR از انتشار امواج سطحی ایجاد شده بر روی آنتن پچ جلوگیری کرده و باعث بهبود پارامترهای تشعشعی آنتن میشود. برای بررسی عملکرد رولایه ، ابتدا یک آنتن پچ مستطیلی در باند C طراحی شده و سپس با بکارکیری فراماده omega SRR بعنوان رولایه، بهره و پهنای باند آنتن در حدود 100% افزایش داده شده است. از نرم افزار cst وروش حوزه زمان برای شبیه سازی استفاده شده است. برای بدست آوردن پارامترهای اصلی ماده، ضریب نفوذ مغناطیسی و ضریب گذردهی الکتریکی روش نیکلسون -رز بکار گرفته شده است.
کلیدواژه: فرامواد ، آنتن پچ، رولایه،باند C، ساختار تشدیدی شامل حلقه شکاف دار - omega SRR -
-1مقدمه:
از اهداف مهم طراحان آنتن افزایش بهره آنتن، کنترل و تنظیم سمتگرایی آنتن در راستا یا راستاهای خاص و نیز شکل دهی ناحیه پوشش دهندگی آنتن می باشند .با توجه به این موارد که از نیازهای مهم سیستمهای مخابراتی و ماهوارهای محسوب می شوند، لازم است که آنتنهای مناسب نیز طراحی شوند تا بتوان به برخی و یا در صورت امکان به تمامی آنها پاسخ داد. دو دسته از آنتنهای مهمی که در این موارد بسیار مورد توجه واقع شده اند، عبارتند از خانواده آنتنهای رفلکتوری و آنتنهای آرایه.در هر دو دسته سعی می شود با بکار بردن تکنیکهای مناسب، سمتگرایی آنتن افزایش یابد. این کار در آنتنهای رفلکتوری با بکار گیری سطح یا سطوح باز تابنده و در آنتنهای آرایه با بکار گیری مجموعه ای از آنتنهای اولیه کوچک با سیستم تغذیه مناسب، قابل دستیابی است.
این ویژگیها باعث شده که این دو دسته از آنتنها امروزه بیشترین کاربرد را در سیستمهای مخابراتی، ماهواره ای و نظامی داشته باشند. در کنار مزایای برشمرده شده، مشکلات مهمی نیز در استفاده از آنها وجود دارد که از آن جمله می توان به وزن نسبتا زیاد و ساخت مشکل - برای کاربردهای با دقت بالا - در آنتنهای رفلکتوری و نیز طراحی و ساخت پیچیده شبکه تغذیه آنتنهای آرایه ای اشاره کرد. لذا تحقیقات برای یافتن روشهای جدید مناسبتر برای افزایش سمتگرایی، فشرده و کوچک سازی آنتن، افزایش پهنای باند، کنترل و تنظیم پترن تشعشعی آنتن در جهت کاهش مشکلات اشاره شده در آنتنهای رفلکتوری و آرایه، همواره مورد توجه بوده است.
با توجه به ویژگیهای ساختارهای متناوب، این نوع ساختارها پتانسیل بسیار زیادی در برآورده کردن و یا بهبود موارد اشاره شده دارند. هدف اصلی این مقاله مطالعه و بررسی اثر ساختارهای متناوب بعنوان رو لایه - - Superstrate بر مشخصات تشعشعی آنتن پچ می باشد.فرامواد ساختارهای مصنوعی هستند و شامل خواصی می باشند که ممکن است در طبیعت وجود نداشته باشند2]،.[1 تحقیقات اصلی در زمینهی فرامواد جهت رسیدن به ضریب شکست منفی صورت می پذیرد4]،.[3 به طوریکه در فرامواد پارامترهای وابسته به ماده یعنی ، و یا هر دو منفی هستند واین منجر به ایجاد ضریب شکست منفی میگردد.
کاربردهای اصلی فرامواد متنوع هستند و شامل کنترل از راه دور در فضای ماورای جو، شناسایی و ردیابی سنسورها، رادارها، لنزها برای آنتنهای با بهرهی بالا، سنسورهای ماوراء صوت و حتی محافظت سازهها در مقابل زمین لرزه می باشد6]،.[5فرامواد و ویژگیهای آن اولین بار توسط وسلاگو در سال 1968 توصیف شد.[4] ایدهی وسلاگو دربارهی فرامواد به دلیل عدم وجود آنها در طبیعت به مدت 30 سال مورد توجه محققین قرار نگرفت، تا اینکه در سال 1996، پندری ساختاری با منفی و مثبت و سه سال بعد ساختاری را که دارای منفی و مثبت بود، در باندهای فرکانسی مطلوب پیشنهاد داد.[7]فرامواد در بسیاری از تحقیقات قبلی برای بهبود بخشیدن پارامترهای تشعشعی آنتن مورد توجه واقع شده-اند. مانند ساختارهای تشدیدی شامل حلقه شکافدار .[8] - SRR - خازنهای لود شده شکافی[9]، یا ساختار s شکل کوپل شده و یا ساختارهای تشدیدی شامل حلقه شکاف دار دوبل.[10] همچنین در بعضی از مقالات ساختارهای چند لایه - دو یا سه لایه - از متامتریال برای بهبود بخشیدن بهره و پهنای باند آنتن پیشنهاد شده است.[10-9]
-2 طراحی
دو مرحله طراحی مورد توجه قرارگرفته شده است. طراحی آنتن و طراحی فراماده omega SRR که به طور مفصل در زیرمورد برسی قرار گرفته شده است.
1-2 طراحی آنتن پچ
آنتنهای میکرواستریپ بخاطر خصوصیاتی مانند، وزنکم و قیمتپایین، ساخت آسان و توانایی آنها برای تولید مدارات مجتمع بسیار مورد توجه هستند. آنتنهای میکرواستریپ در کاربردهای مختلفی مانند سیستم های نوری و رادیوی استفاده میشوند. شکل - - 1 پیکربندی آنتن پیشنهادی را نشان میدهد. این آنتن بر روی ماده زمینه FR4 که ثابت دی الکتریک آن 4/4 و ضخامتش 1/6 mm است را با استفاده از روابط - 1 - تا - 4 - طراحی شده است. ابعاد آنتن پچ در شکل -1 - الف - بعد از بهینه سازی در جدول - - 1 نشان داده شده است.
