بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله یک آنتن تک قطبی مسطح جدید با پهنای باند فوق وسیع - - SWBو ابعاد کوچک30×28×1,6 mm3با تولید دوباندرزونانس برای سیستم هایWiMaxو شبکه محلی بی سیم - - WLANارائه شده است. در طراحی به ترتیب از الگوی برخال شش ضلعی سرپینسکی و ایجاد دو اسلات در خط تغذیه ماکرو استریپ ویک اسلات مستطیل شکل در پچ برای رسیدن به پهنای باند بسیار وسیع و دو باندرزونانسی بی سیم استفاده شده است.
محدوده پهنای باند در رنج فرکانسی1,4-30GHz فعالیت می کند و رنج فرکانسی باند رزونانس آن درمحدوده 2GHzو6.2GHz است. زیر لایه آنتن از جنسFR4با ثابت دی الکتریک4,4و ضخامت1,6mm است. در طراحی این آنتن از نرمافزار سه بعدیHFSSبهره گرفته شده است و کلیه نتایج شبیه سازی آنتن با استفاده از این نرم افزار بدست آمده است.
-1 مقدمه
در طراحی آنتن های - SWB - از پروتکل های FCC و IEEE استفاده می شود. که با رعایت قوانین این پروتکل ها می توان آنتن های فوق باند وسیع - - SWB را برای انواع سیستم های بی سیم طراحی کرد که این آنتن ها به راحتی با انواع سیستم های بی سیم سازگاری داشته باشد.[1] از سال 2002 میلادی قانونی وصف شد که بر اساس آن محدوده رنج فرکانسی آنتن های فوق باند وسیع از 3,1GHz تا 10,6GHz تعریف گردید هرچه فراتر از باند 10,6GHzباشد آنتن - SWB - گفته می شود
با استفاده از پروتکل مایکرواستریپ می توان این آنتن را در محدوده فرکانسی - SWB - طراحی کرد به طوری که در طراحی این نوع آنتن ها از ساختار مایکرواستریپ ودر طراحی کل آنتن بصورت پچ استفاده می گردد و از ماده FR4 برای زیرلایه آنتن استفاده می شود.[3] دلایل استفاده از FR4 در مایکرواستریپ و ساختار - SWB - این است که، هزینه آن ارزان، در دسترس، سبکنویز پذیر کم و در فرکانس های مختلف پاسخ فرکانسی مطلوبی دارد. برای جلوگیری از تداخل فرکانسی و تضعیف تشعشعی در شبکه های بی سیم از روش های تغذیه خط مایکرواستریپ می توان استفاده نمود.
تعدادی از روش هایی که باعث ایجاد باند رزونانسی در آنتن می شود شامل آنتن با شکاف Cشکل،[5]، آنتن با شکاف پهن[6]، آنتن مستطیل شکل با تغذیه موجبر هم سطح - - CPW با شکاف Lشکل،[7]، آنتن با شکاف U شکل وارونه[8]، آنتن دایره ای با دو شکاف L شکل،[9] و آنتن پچ مستطیلی با شکاف E شکل،[10] نام برد.
در این مقاله یک آنتن مسطح تک قطبی پله ای با روش تغذیه خط مایکرواستریپ با تولید باند رزونانس برای سیستم های WiMax و شبکه محلی بی سیم - WLAN - ارائه شده است. باند رزونانسی WiMax با ایجاد یک اسلات مستطیل شکل در پچ و همچنین باند رزونانس WLAN با ایجاد یک اسلات مستطیل شکل با ابعاد متفاوت از اسلات پچ ونیز یک اسلات دیگر در خط تغذیه ماکرواستریپ برای بدست آوردن پهنای باند فوق وسیع ایجاد شده است.ساختار این مقاله در ادامه به شرح زیر ارائه شده است: بخش 2 به توصیف هندسه و طراحی آنتن می پردازد. شبیه سازی نتایج آنتن معرفی شده در بخش 3 بیان شده است و در انتها، بخش 4 نتیجه گیری این مقاله می باشد.
-2 پیکربندی و طراحی آنتن
شکل - 1 - نمای جلوی آنتن را نشان می دهد . آنتن بر روی زیر لایه FR4 با ضخامت1,6m mوثابت دی الکتریک 4,4 و با اندازه فشرده30×28mm2 طراحی شده است.پچ آنتن یک شش ضلعی است که اسلاتهای مربعی از آن خارج شده اند یک اسلات مستطیل شکل درپچ ودواسلات مستطیل شکل دیگر در خط تغذیه ماکرواستریپ ایجاد شده که باعث افزایش پهنای باند وبوجودآمدن دوباند رزونانسی شده اند.درجلوی آنتن دوصفحه مربعی شکل بافاصله 2mmازهم بعنوان صفحه زمین درنظرگرفته شده است.که ابعاد ای شده است. جدول 1 - - جزئیات ابعاد آنتن را نشان می دهد ابعاد صفحات زمین13×8,5mmمی باشد.در شبیه سازی آنتن از تحریک 50 60$ برای افزایش دقت نتایج شبیه سازی استفاده شده است.
جدول - : - 1 اندازه پارامتری آنتن پیشنهادی
شکل - : - 1 هندسه آنتن پیشنهادی
-3 بررسی پارامتری، شبیه سازی و نتایج آنتن
در این بخش، نتایج شبیه سازی آنتن با پارامتر های مختلف ارائه شده است. نتایجی نظیرVSWR، بهره آنتن، پترن تشعشعی که این نتایج با تغییریک پارامتر و بدون تغییر دادن پارامتر های دیگر مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.با اضافه شدن اسلات هاپهنای باند آنتن فوق وسیع می شودودوباند رزونانسی در2GHzو6,4GHzبوجود می آید.
برای رسیدن به نتیجه مطلوب ابعاد مختلفی برای اسلات Sامتحان شده است. شکل - - 2 نمودار VSWR آنتن را نشان می دهددرحالی که پارامترLs تغییرداده شده است. ولی باقی پارامترها بدون تغییرباقیمانده است.
برایLs=0,26mmنتایج مطلوبی بدست آمده است درحالیکه برای مقادیرLs=0,24mm,0,28mmیا باند رزونانسی ازبین می رود ویاخیلی کوچک می شود. شکل - - 3تغییراتVSWRرادرمقابل تغییراتWs نشان می دهد به نحوی که به ازایWs=0,36mmنتیجه مطلوبی بدست آمده است. ولی به ازایWs=0,33mm,0,4mmنتایج مطلوبی به دست نمی آید.
در شکل 4 نمودار - VSWR - در حالت بدون باند رزونانسی و همراه با دو باند رزونانسی نشان داده شده است. همانطورکه مشاهده می گردددرحالت بدون باند رزونانسی آنتن پیشنهادی ازباند-1,4 30GHzرا پوشش می دهد ودرحالت بعد از اجرای اسلاتها دوباند رزونانسی درWiMaxوWLANایجادشده است. شکل - 5 - و - - 6 بهره آنتن را نشان میدهدوشکل - - 7و - - 8نیز تلفات بازگشتی آنتن در حالتباندرزونانسی نشان داده شده است. شکل - 9 - پترن تشعشعی آنتن در فرکانس های 6,2 GHz , 2 GHz 12GHz , 8 GHz و18 GHzرا نشان می دهد.
شکل :2تغییرات نمودار VSWR با توجه به مقادیر مختلفLs
شکل:3 تغییرات نمودار VSWR با توجه به مقادیر مختلف Ws
شکل:4 نمودار VSWR در دو حالت بدون رزونانس و با رزونانس
شکل:5 نمودار بهره آنتن
